紅外測溫技術(shù)在硬質(zhì)安全工器具試驗(yàn)中的應(yīng)用探討

李明霞，錢二剛

(吉林省電力有限公司延邊供電公司，吉林 延邊 133000)

1 概述

絕緣操作桿是電力系統(tǒng)帶電作業(yè)中使用最為廣泛的工具之一，其數(shù)量占全部絕緣工具的45 %。在帶電作業(yè)中使用操作桿是地電位作業(yè)，即“導(dǎo)體-絕緣桿-人體(大地)”的作業(yè)方式，此時操作桿承受著作業(yè)時的全部電壓，絕緣操作桿的電氣性能直接決定了人身和設(shè)備的安全。所以，需要定期對絕緣工具進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，及時發(fā)現(xiàn)缺陷和隱患，以保障作業(yè)者的生命安全。

2 硬質(zhì)絕緣工具的分類和材料特點(diǎn)

2.1 分類

硬質(zhì)絕緣工具一般分為兩大類：一類是常用的絕緣工具，如高壓驗(yàn)電器、絕緣操作棒、核相桿、接地棒等；另一類是帶電作業(yè)用絕緣工具，如托瓶架、絕緣梯、絕緣拉板、絕緣拉桿等。兩者的區(qū)別在于：前者在作業(yè)過程中，為短時接觸帶電體或不接觸帶電體；后者不僅接觸帶電體，而且時間較長，整個帶電作業(yè)工作過程中可能一直需要接觸。

2.2 材料特點(diǎn)

電氣絕緣工具的主要絕緣材料為環(huán)氧樹脂玻璃布板和玻璃布管。環(huán)氧樹脂層壓材料以玻璃布為基材浸漬環(huán)氧樹脂膠液，烘干后得到環(huán)氧樹脂膠布，再經(jīng)疊層高壓熱固化形成板材或形狀簡單的層壓制品；或經(jīng)卷繞熱固化后制成管材或棒材。在常溫下，環(huán)氧樹脂玻璃布板具有較高的絕緣性能和機(jī)械強(qiáng)度，同時還具有吸濕性低、耐老化的特點(diǎn)。

3 絕緣工具耐壓試驗(yàn)及其不合格原因分析

3.1 耐壓試驗(yàn)

帶電作業(yè)工具的工頻耐壓試驗(yàn)是監(jiān)視其絕緣狀況的主要手段，絕緣工具的耐壓試驗(yàn)就是為了考驗(yàn)其耐擊穿能力。絕緣桿擊穿后，會出現(xiàn)燒焦或熔化的導(dǎo)通、裂縫等現(xiàn)象。

根據(jù)2008—2011年的試驗(yàn)結(jié)果，不合格的絕緣桿大多有過熱、表面閃絡(luò)等缺陷，其具體分類統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 2008—2011年絕緣桿不合格現(xiàn)象分類件數(shù)

3.2 不合格原因分析

3.2.1 制造工藝不良

當(dāng)材料表面不平整、有雜質(zhì)或氣泡時，在外電場作用下就會造成材料電場分布不均勻，局部場強(qiáng)集中，產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，有可能產(chǎn)生擊穿、閃絡(luò)或發(fā)熱現(xiàn)象。

3.2.2 絕緣原材料質(zhì)量低劣

主絕緣材料(有機(jī)樹脂絕緣與無機(jī)玻璃絲布組成的固體復(fù)合絕緣材料)存在缺陷，如層間氣隙、氣泡、樹脂與玻璃絲布之間的界面疏松等，特別是在硬質(zhì)絕緣工具的運(yùn)輸和使用中，會因機(jī)械碰撞等原因?qū)е陆^緣材料出現(xiàn)撞傷等局部疏松缺陷。這些局部絕緣缺陷是產(chǎn)生局部擊穿的內(nèi)在條件，一旦將帶有局部絕緣缺陷的絕緣工具投入帶電作業(yè)中或?qū)ζ溥M(jìn)行電氣耐壓試驗(yàn)時，由于高電壓和局部強(qiáng)電場的作用，必然導(dǎo)致其絕緣缺陷處產(chǎn)生局部擊穿。

3.2.3 電老化

絕緣工具的電老化過程是逐漸發(fā)展的、具有累積效應(yīng)的不可逆過程，其特點(diǎn)是絕緣工具的電氣強(qiáng)度隨電老化時間的增加而逐漸降低，直至最終承受不住外施電壓而發(fā)生閃絡(luò)擊穿。

2014年10月至2015年10月我院對50例尋常型銀屑病患者開展了分析研究,將患者分成了對照組和觀察組,均有25例,男性患者有31例,女性患者有19例,最小17歲,最大60歲,平均(39.1±3.4)歲,全部患者對此次研究知情且同意參與,患者沒有藥物過敏史,治療前3個月沒有使用維A酸、糖皮激素、免疫抑制劑等藥物。

3.2.4 受潮臟污

有些絕緣桿長期暴露在空氣中，極易受潮臟污。絕緣桿臟污、受潮會嚴(yán)重降低其電氣絕緣強(qiáng)度。例如絕緣桿在第一次試驗(yàn)中不合格，但經(jīng)過清潔、干燥處理后，再次試驗(yàn)時即合格。

4 定期試驗(yàn)存在的問題

根據(jù)絕緣工具的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用較高的工頻試驗(yàn)電壓對絕緣工具進(jìn)行整體耐壓試驗(yàn)是必要的。這樣做，一方面可對材料、絕緣長度、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行全面校核，有利于發(fā)現(xiàn)潛在的絕緣缺陷和隱患；另一方面可通過模擬電網(wǎng)中可能出現(xiàn)的最嚴(yán)重情況，對工具安全性能進(jìn)行極端考核，保證工具對作業(yè)人員有足夠的安全裕度。但采用數(shù)倍于正常運(yùn)行的電壓值進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，將極端狀況下的試驗(yàn)電壓定期地應(yīng)用于常規(guī)性考核，則有可能降低絕緣工具的安全性能。

(1) 強(qiáng)電場的長期作用會引起材質(zhì)老化。在耐壓試驗(yàn)中，當(dāng)絕緣桿的試驗(yàn)電壓為2～4倍的額定電壓時，沿絕緣件的電壓分布極不均勻，靠近帶電體的端部電壓較高，前端30 %的絕緣桿需承受大致70 %以上電壓。過高的電壓會引起電暈或流柱放電，通過離子轟擊侵蝕絕緣材料，導(dǎo)致有機(jī)材料劣化，產(chǎn)生導(dǎo)電沉積物，并在電極端部的高場強(qiáng)區(qū)附近起到延長電極的作用，導(dǎo)致材料進(jìn)一步劣化。在周期性的試驗(yàn)中，絕緣桿將反復(fù)承受數(shù)倍運(yùn)行相電壓的試驗(yàn)電壓，極易使其端部材料發(fā)生電老化。

(2) 耐壓試驗(yàn)不易發(fā)現(xiàn)漸進(jìn)的潛在缺陷。僅采用整段耐高壓試驗(yàn)，不能全面考核出試件的實(shí)際狀況，特別是絕緣工具因受潮、臟污或材料劣化致使泄漏電流上升，但不會產(chǎn)生貫通性閃絡(luò)等缺陷。

5 紅外熱像檢測原理和試驗(yàn)方法

5.1 紅外熱像檢測原理

根據(jù)熱輻射理論，當(dāng)任何物體的溫度高于絕對零度時，都會向外產(chǎn)生紅外輻射，溫度越高，紅外輻射的能量就越大。紅外熱像儀通過紅外掃描單元把物體表面的輻射能量轉(zhuǎn)化成電子視頻信號，該信號經(jīng)放大傳送至顯示器，只要根據(jù)物體表面溫度場的分布情況，就可判斷被測物體是否存在過熱性缺陷。紅外檢測就是將物體發(fā)出的紅外輻射成像顯示，從而準(zhǔn)確判斷物體表面的溫度分布情況，具有準(zhǔn)確、實(shí)時和快速的特點(diǎn)。

通過對紅外成像的掃描普查，能發(fā)現(xiàn)異常發(fā)熱的部位，及時排除隱患。為了全面反映被測設(shè)備的溫度情況，應(yīng)盡可能地選擇可以觀察被測設(shè)備故障點(diǎn)全貌的測試位置，檢測點(diǎn)應(yīng)選在與被測設(shè)備面相互垂直的位置，中間應(yīng)無其他物體遮擋。同時，為獲得精確的溫度讀數(shù)，應(yīng)在保證人身和設(shè)備安全的前提下，盡可能縮小測量距離。

5.2 絕緣工具局部缺陷檢查

利用紅外熱像技術(shù)，可以及時、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)任何內(nèi)部缺陷所形成的表面溫場分布異常的情況，這是早期確認(rèn)內(nèi)部缺陷的有效檢測手段。自2011年起，該供電公司試驗(yàn)室將紅外技術(shù)應(yīng)用于硬質(zhì)絕緣工具試驗(yàn)的檢查，以下是4起紅外線與耐壓相結(jié)合的檢查案例。

5.2.1 劣化、老化

電壓加至20 000 V時，絕緣工具上觀察到不連續(xù)的放電區(qū)，發(fā)亮的放電區(qū)與不放電的較暗區(qū)交替出現(xiàn)。電壓繼續(xù)增大時，在高場強(qiáng)作用下，絕緣工具的表面和空氣沿面從高電壓電極向接地端產(chǎn)生嚴(yán)重的沿面放電。

在硬質(zhì)絕緣工具主絕緣內(nèi)部難免存在分層、裂紋、氣隙和雜質(zhì)等局部絕緣缺陷。在工頻高電壓的作用下，由于電場強(qiáng)度按相對介電系數(shù)成反比分布，在絕緣強(qiáng)度較低的內(nèi)部氣隙、分層裂紋等缺陷處會出現(xiàn)局部高場強(qiáng)，易引發(fā)內(nèi)部局部放電。當(dāng)材料絕緣性能不佳時，會造成絕緣表面短路，形成放電貫穿，導(dǎo)致絕緣工具無法通過試驗(yàn)。

5.2.2 內(nèi)部臟污

在某次加電耐壓5 000 V時，絕緣工具發(fā)出異樣響聲，經(jīng)紅外掃描后，發(fā)現(xiàn)有一節(jié)明顯發(fā)亮。仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)：絕緣桿的空管里充滿了泥土，導(dǎo)致絕緣工具的電壓和電場分布不均勻，使局部桿段承受較大的場強(qiáng)。

5.2.3 裂隙

在某次檢測加電時，絕緣工具聲音異常，停電后用手觸摸卻并不發(fā)熱。紅外測試發(fā)現(xiàn)熱點(diǎn)在中間某個部位。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，該部位有細(xì)小裂隙。該熱點(diǎn)溫度只有18 ℃，人手不易察覺。由于此檢測的試驗(yàn)周期為1年，絕緣工具內(nèi)部缺陷最終可能發(fā)展成絕緣損壞擊穿。因?yàn)樵谄鹗茧A段，此缺陷表現(xiàn)為集中性缺陷并且劣化現(xiàn)象不嚴(yán)重，進(jìn)行絕緣工具檢測時將難以判斷。

5.2.4 受潮

某單位由于保管不當(dāng)使絕緣桿受潮，采用紅外配合進(jìn)行耐壓檢測絕緣強(qiáng)度，當(dāng)加壓至5 000 V時，桿上出現(xiàn)紅亮區(qū)，停電后用手摸發(fā)熱。絕緣工具發(fā)熱是因絕緣工具材料受到潮氣侵襲，在電壓作用下產(chǎn)生較大的入地泄漏電流，材料嚴(yán)重發(fā)熱，絕緣性能不合格，進(jìn)行干燥處理后，試驗(yàn)合格。若不采用紅外儀，絕緣工具將在試驗(yàn)時發(fā)生閃絡(luò)擊穿而報廢。

6 結(jié)束語

試驗(yàn)結(jié)果表明：用紅外熱像檢測法與工頻耐壓試驗(yàn)配合，可檢測出硬質(zhì)絕緣工具內(nèi)部潛在的局部絕緣缺陷，達(dá)到定量和定位測量，提前發(fā)現(xiàn)絕緣件的集中性缺陷、整體受潮、貫通受潮部分或未完全貫通的集中性缺陷。這種試驗(yàn)方法可在較低電壓下實(shí)施，具有直觀、可靠、不損傷絕緣工具的優(yōu)點(diǎn)。建議今后對各類帶電作業(yè)絕緣工具進(jìn)行工頻耐壓電氣試驗(yàn)時，應(yīng)增加紅外熱像檢測項(xiàng)目，以便試驗(yàn)人員及早發(fā)現(xiàn)局部絕緣缺陷，綜合判斷絕緣工具的絕緣狀況，更好地保護(hù)作業(yè)者的人身安全。