紅外檢測(cè)劣化絕緣子的仿真試驗(yàn)

孫偉忠，周駿

(云南電網(wǎng)責(zé)任有限公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217)

紅外檢測(cè)劣化絕緣子的仿真試驗(yàn)

孫偉忠，周駿

(云南電網(wǎng)責(zé)任有限公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217)

過仿真研究證實(shí)了絕緣電阻值對(duì)絕緣子發(fā)熱情況的影響，分析了不同絕緣電阻值，不同位置的絕緣子其發(fā)熱功率的變化。并且通過實(shí)驗(yàn)室紅外檢測(cè)，證實(shí)了仿真研究的結(jié)果。對(duì)絕緣子的紅外檢測(cè)工作具有指導(dǎo)作用。

劣化絕緣子；仿真研究；紅外檢測(cè)

0 前言

輸電線路的懸式絕緣子在長(zhǎng)期的電氣和機(jī)械載荷作用下，有些會(huì)以外觀破損、性能喪失為直接的顯性表征，而更多的是各種性能的部分喪失或不同程度的劣化，對(duì)于此類型部分喪失性能的線路絕緣子，用什么方法能有效地進(jìn)行檢測(cè)，尤其是能夠在線檢測(cè)出此部分劣化絕緣子，是各供電部門關(guān)心的問題。

早期用短路叉、火花間隙或小型靜電電壓表等方法測(cè)量絕緣子串的分布電壓，用以判斷被測(cè)絕緣子的好壞。這些方法不但勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全性差，效率低下，而且準(zhǔn)確率不高。隨著紅外檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，通過紅外檢測(cè)劣化絕緣子的熱成像特性，以此來判斷絕緣子的劣化程度的研究在國(guó)內(nèi)已經(jīng)開展起來了，有些學(xué)者從理論分析了劣化絕緣子絕緣電阻值與絕緣子發(fā)熱情況之間的關(guān)系，文中將基于理論分析的結(jié)果，通過仿真研究，證實(shí)絕緣電阻對(duì)絕緣子發(fā)熱情況的影響，并且在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行劣化絕緣子紅外檢測(cè)，證實(shí)仿真研究的結(jié)果，從而總結(jié)出可供劣化絕緣子檢測(cè)人員參考的紅外檢測(cè)劣化絕緣子有效性判斷的依據(jù)。

1 仿真模型

理論研究表明，當(dāng)絕緣子的絕緣電阻值與絕緣子的等效容抗值相等時(shí)，絕緣子的發(fā)熱功率最大。當(dāng)絕緣電阻變大或減小時(shí)，絕緣子的發(fā)熱功率都將減小。文中的仿真將驗(yàn)證此理論研究結(jié)果。同時(shí)還將研究劣化絕緣子在不同位置時(shí)的發(fā)熱功率。在仿真中，將每一片絕緣子等效成電容和電阻并聯(lián)的模型，每片絕緣子的鋼腳和鋼帽對(duì)地及對(duì)導(dǎo)線均存在雜散電容。文中針對(duì)110 kV電壓等級(jí)的絕緣子串進(jìn)行了仿真，絕緣子片數(shù)為7片。仿真圖如圖1所示。

C1，C2……Cn為每片絕緣子鋼帽與鋼腳之間的極間電容，一般為30～60 pF R1，R2……Rn為每片絕緣子的絕緣電阻值；C11，C12……C1n為每片絕緣子對(duì)地的雜散電容，一般為4～5 pF；C21，C22，……C2n為每片絕緣子對(duì)高壓導(dǎo)線的雜散電容，一般為0.5～1 pF。

2 仿真結(jié)果

2.1 不同位置時(shí)，劣化絕緣子的發(fā)熱功率仿真

圖1 仿真模型圖

高壓端第一片絕緣子的絕緣電阻為60 MΩ，其他絕緣子均為正常絕緣子時(shí)，各絕緣子的發(fā)熱功率表1所示。

表1 第一片絕緣子為低值時(shí)各片絕緣子的發(fā)熱功率

從表1可以看出，第一片絕緣子為低值絕緣子時(shí)，其發(fā)熱功率明顯的高于其他正常絕緣子的發(fā)熱功率，基本上都大于100倍以上。

計(jì)算整串絕緣子中只有一片為低值的情況，如表2所示。序號(hào)1代表第1片為低值，其他絕緣子為正常的情況，此時(shí)第1片絕緣子的發(fā)熱功率。其他類推。仿真中低值絕緣子均設(shè)置為60 MΩ。

表2 各片低值絕緣子的發(fā)熱功率

從表2可知，同樣阻值的低值絕緣子，在絕緣子串的不同位置時(shí)，其發(fā)熱功率不同，在高壓端第一片時(shí)，其發(fā)熱功率最大，隨著離高壓導(dǎo)線的距離越遠(yuǎn)，發(fā)熱功率越小，當(dāng)靠近地線端時(shí)，絕緣子的發(fā)熱功率又有所增大。這個(gè)分布趨勢(shì)與絕緣子串的電壓分布類似。

當(dāng)整串絕緣子中有兩片是低值絕緣子時(shí)，其發(fā)熱功率如表3所示。

表3 S各片低值絕緣子的發(fā)熱功率

從表3可知，當(dāng)整串絕緣子有兩片時(shí)低值絕緣子時(shí)，每一片低值絕緣子的發(fā)熱功率都比整串只有一片低值絕緣子時(shí)要高。

當(dāng)整串絕緣子有三片為低值時(shí)，其發(fā)熱功率如表4所示。

表4 各片低值絕緣子的發(fā)熱功率

從表4可知，當(dāng)整串絕緣子有三片時(shí)低值絕緣子時(shí)，每一片低值絕緣子的發(fā)熱功率都比整串只有兩片低值絕緣子時(shí)要高。

2.2 不同阻值時(shí)，劣化絕緣子的發(fā)熱功率仿真

分布仿真研究劣化絕緣子的絕緣電阻值為不同值時(shí)，其發(fā)熱功率，如表5所示。此部分將高壓端第一片絕緣子設(shè)為低值。

表5 各片低值絕緣子的發(fā)熱功率

從表5可知，此絕緣子的絕緣電阻值在45 MΩ左右，其發(fā)熱功率最大，隨著絕緣電阻的減小和增大，其發(fā)熱功率逐步減小。

3 實(shí)驗(yàn)室紅外檢測(cè)研究

給絕緣子串施加110 kV系統(tǒng)正常工作電壓63.5 kV，對(duì)不同組合的優(yōu)劣絕緣子進(jìn)行紅外熱成像比對(duì)測(cè)試，確定劣質(zhì)絕緣子的熱成像特性。

單片低值絕緣子在絕緣子串中不同位置時(shí)其發(fā)熱情況。低值絕緣子在高壓端第1片時(shí)，加壓30分鐘之后，在紅外熱成像儀中即可看到明顯的低值絕緣子的鋼帽溫度高于其他絕緣子的鋼帽溫度。低值絕緣子在中間第4片時(shí)，加壓30分鐘后，其溫度與其他絕緣子差異不明顯，加壓1小時(shí)之后，其溫度與其他絕緣子差異依然不明顯，為了縮短試驗(yàn)時(shí)間，提高施加在絕緣子串上的電壓，將電壓值提高到127 kV，半小時(shí)之后，低值絕緣子鋼帽溫度明顯高于其他絕緣子鋼帽溫度。低值絕緣子在地線端的情況類似于其在中間的情況，也是在提高施加電壓后，其鋼帽溫度才明顯高于其他絕緣子鋼帽溫度。

針對(duì)試驗(yàn)時(shí)間之內(nèi)，低值絕緣子在中間和地線端時(shí)，發(fā)熱不明顯，提高電壓后發(fā)熱明顯的現(xiàn)象，本文通過仿真發(fā)現(xiàn)，提高電壓后，低值絕緣子在中間時(shí)，其發(fā)熱功率達(dá)到1.07 W，比未提高電壓時(shí)的0.26 W提高了很多，低值絕緣子在地線端時(shí)，其發(fā)熱功率達(dá)到1.03 W，比未提高電壓時(shí)的0.26 W提高了很多，因此通過紅外檢測(cè)其發(fā)熱比較明顯。

文中研究了整串絕緣子中有2片是低值絕緣子的情況下，整串絕緣子的紅外成像圖。

低值絕緣子在高壓端時(shí)，第一片絕緣子絕緣電阻值為30 MΩ，第二片絕緣子絕緣電阻為11 MΩ，加壓1小時(shí)之后，第一片絕緣子的溫度明顯高于其他絕緣子，第二片絕緣子的溫度仔細(xì)觀察可以看出高于其他正常絕緣子。

低值絕緣子在中間段時(shí)，加壓1小時(shí)后，仔細(xì)觀察可以看出2片低值絕緣子的溫度略高于其他絕緣子，可見低值絕緣子鋼帽的發(fā)熱還是高于其他正常絕緣子的，因此如果增加施加電壓的時(shí)間，低值絕緣子的鋼帽溫度會(huì)比較明顯的高于其他正常絕緣子。

低值絕緣子在地線端時(shí)，加壓1小時(shí)之后，第六片絕緣子的溫度略高于其他絕緣子，但是并不明顯，仿真計(jì)算表明此低值絕緣子的發(fā)熱功率要高于其他絕緣子，因此如果增加施加電壓的時(shí)間，低值絕緣子的鋼帽溫度會(huì)比較明顯的高于其他正常絕緣子。

文中還對(duì)成串絕緣子中有3片低值絕緣子的情況進(jìn)行了試驗(yàn)，此試驗(yàn)中，第1、4、7片絕緣子為低值絕緣子，其他為正常絕緣子。理論中分布電壓最高的高壓端低值絕緣子發(fā)熱量最大，分布電壓最低的中間段絕緣子發(fā)熱量也明顯異于其他正常絕緣子，靠近地線端的低值絕緣子的鋼帽發(fā)熱也高于其他正常絕緣子，通過紅外成像圖可以比較明顯的看出來。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中基于劣化絕緣子發(fā)熱機(jī)理的理論研究，建立了仿真模型，通過仿真研究，證實(shí)了劣化絕緣子的發(fā)熱功率遠(yuǎn)大于正常絕緣子，并且劣化絕緣子的發(fā)熱功率跟其在絕緣子串中的位置有關(guān)，呈現(xiàn)兩頭高，中間低的特征，其中靠近高壓端的最大。劣化絕緣子的發(fā)熱功率隨著絕緣電阻的增大呈現(xiàn)先增大再減小的趨勢(shì)，在其等效容抗值附近的某一范圍內(nèi)達(dá)到最大。仿真研究還表明，整串絕緣子中的劣化絕緣子越多，劣化絕緣子的發(fā)熱功率越大。

實(shí)驗(yàn)室紅外檢測(cè)表明，當(dāng)劣化絕緣子的發(fā)熱功率大于一定值時(shí)，其鋼帽的溫度升高，可以通過紅外檢測(cè)出此劣化絕緣子，當(dāng)劣化絕緣子的絕緣電阻過小或者過大，或者位于整串絕緣子電壓分布較低的位置時(shí)，可能就無(wú)法通過紅外檢測(cè)出來了。

仿真研究和實(shí)驗(yàn)室紅外檢測(cè)的結(jié)果表明，紅外檢測(cè)在在線檢測(cè)劣化絕緣子上是切實(shí)有效的，但是由于受絕緣子本身絕緣電阻的影響以及所處位置的影響，其檢測(cè)的范圍受到限制，只能檢測(cè)出絕緣電阻在某一范圍之內(nèi)的劣化絕緣子。

[1] 胡世征.劣化絕緣子的發(fā)熱機(jī)理及熱像特征 [J].電網(wǎng)技術(shù)，1997，21(10)：44-46.

[2] 吳光亞，王鐵街.劣化絕緣子對(duì)長(zhǎng)串絕緣子電壓分布的影響 [J].高電壓技術(shù)，1997，23(4)：59-60.

[3] 金光熙，權(quán)光日，郎成，等.故障絕緣子的發(fā)熱機(jī)理及其紅外熱像檢測(cè) [J].電瓷避雷器，2011，5：12-15.

Research on Infrared Detecting of Faulty Insulators with Simulation and Experiment

SUN Weizhong，ZHOU Jun
(Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217，China)

：this paper Through Simulation study confirmed the insulation of resistance On the effect of insulator heating conditions，analysis the different insulation resistance value，different location of the insulator heating power change.And through laboratory infrared detection，confirmed the simulation results.The insulator infrared detection has a guiding role.

faulty insulator；simulation study；infrared detection

TM83

B

1006-7345(2015)04-0080-03

2015-03-02

孫偉忠 (1983)，男，工程師，碩士，云南電網(wǎng)責(zé)任有限公司電力科學(xué)研究院，從事輸電線路防雷及過電壓研究 (e-mail) sunwzfight＠126.com。

周駿 (1982)，男，助理工程師，云南電網(wǎng)責(zé)任有限公司電力科學(xué)研究院，從事電磁兼容及輸電線路研究 (e-mail) 289121505＠qq.com。