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线路绝缘子红外诊断的局限性与诊断方法探讨

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 前言
  利用红外热成像仪对经火花间隙检测器检测的零值绝缘子串进行红外诊测,发现零值绝缘子与良好绝缘子温度非常接近,无法进行正确判断。同时,受太阳和背景辐射、环境温度、气象条件、大气衰减、发射率、设备运行状态、仪器与被测设备的距离等影响,可能导致一个设备故障因检测条件的不同而得到不同的结果。因此对于绝缘子的诊测应采用多种方法相结合,以提高结果的正确性,确保设备安全运行。
  一、线路绝缘子故障红外诊断原理
  绝缘子故障主要指绝缘电阻劣化和表面污秽。所谓绝缘子劣化,就是处于高压带电运行状态下的线路绝缘子,由于瓷坯、瓷釉和水泥之间热胀系数不匹配,引起长期静、动负荷的疲劳,导致抗拉强度降低,在钢脚部位及钢脚颈部(即球根部)出现绝缘子疲劳破坏,或因电的或机械的原因,引起绝缘子老化,产生裂纹或破损,造成绝缘电子减小,泄漏电流增大,最终导致绝缘子高压性能降低。根据绝缘电阻减小的程度,劣化绝缘子又分为低值绝缘子和零值绝缘子。而所谓污秽绝缘子就是因环境严重污染引起表面泄漏电流增大的绝缘子。
  我们知道,任何电气设备故障红外诊断的基础在于探测和识别故障目标温度的特征性变化与分布,绝缘子故障的红外诊断也不例外。一般来说,运行状态下绝缘子发热包括三部分,即交流电压作用下绝缘介质极化效应引起介质损耗发热;绝缘子内部穿透性泄漏电流引起的发热;表面爬电泄漏电流引起的发热。这三种发热在不同情况下的贡献大小不同,正常情况下,只有截至损耗发热,而在绝缘电阻劣化或表面严重污秽的情况下,则分别以后两种发热为主。研究表明,绝缘子的发热功率及温升,均与绝缘子串上的分布电压有关(如图1、2)。
  二、劣化绝缘子红外诊断的局限性
  绝缘子串的劣化绝缘子因绝缘电阻减小,其分布电压和发热程度(或温升)应随电阻的减小而发生相应变化。实验研究结果表明,对于串中给定位置处的劣化绝缘子而言,其温升及分布电压随绝缘电阻值的变化规律如图2所示。
  当绝缘子开始劣化后,若其绝缘电阻值还处于b≤R  当绝缘子进一步劣化到其绝缘电阻值处于c  通常,我们把绝缘电阻值在c  此外红外诊断还受太阳和背景辐射、环境温度、气象条件、大气衰减、发射率、设备运行状态、仪器被测设备的距离等影响,可能导致一个设备故障因检测条件的不同而得到不同的结果。
  三、测量实例分析
  2006年1月4日,2211秦代线B相跳闸,重合闸动作成功。WXB-15、WXB-11C型保护高频方向、零序I段、距离I段动作,保护测距WXB-15为25.75公里,WXB-11C为26.13公里。根据保护测距,我们判断故障点在100#附近,查线后确认故障为100#“+”侧中相瓷质绝缘子发生污闪。为进一步确认,我们利用红外热成像仪对该基绝缘子进行诊测,未发现异常;利用火花间隙检测器对该相绝缘子进行带电检测,发现“+”侧左串第1,3,7片,右串第2,4片绝缘子为零值。
  1、红外测温结果
  根据红外热成像仪线测温的结果,所有绝缘子的平均温度为4.7℃,故障绝缘子的温度均低于4.5℃。故障绝缘子的温度与良好绝缘子温度非常接近,如图3。
  2、盐密测试及摇测结果
  通过对以上零值绝缘子进行盐密测试(结果如下表),盐密值平均值大于0.1mg/cm2,属IV级污秽,而当时正在下小雪,发生污闪的几率极高。
  3、综合分析
  低值绝缘子的阻值范围约为10—300MΩ,零值绝缘子的阻值范围约为0—5MΩ,而绝缘阻值处于6—9MΩ的绝缘子,属于处在“红外检测盲区”的绝缘子,无法作出红外诊断。如图1所示,劣化绝缘子温度与良好绝缘子温度近似相等,在整个绝缘子串热像中与良好绝缘子热像色调接近一样,即使借助计算机图像处理技术也难以分辨,因此无法识别。如果进一步提高热像仪温度分辨率和图像识别技术,也只能缩小检测盲区的阻值范围而已。另外,当低值绝缘子出现在靠近杆塔横担位置时,因相对温升较低,在现场检测时,也难以识别而容易漏检。受红外热像仪本身内部发热的影响,以及镜头大小,也会造成测温的不准确。
  因此,对于绝缘子的诊测应采用多种方法相结合,以提高结果的正确性,确保设备安全运行。
  三、提高绝缘子红外诊断准确性的方法
  由于带电设备红外诊断的准确性包括检测和判断两方面,其结果受检测人员、仪器、外部环境以及设备运行状态的影响较大,因此应对热像进行详细分析处理,必要时予以修正或标准化。常见的判别方法如下:
  1、表面温度判断法
  根据测得的设备表面温度,对照GB/T11022中的有关规定,凡温度(温升)超过标准者可根据超标程度、设备符合率大小、设备重要性和设备承受机械应力的大小来确定缺陷的性质,对小负荷率下的温升超标或承受机械应力较大的要从严定性。
  2、相对温差判断法
  对电流致热型设备,若发现热态异常,应进行准确测温,计算出相对温差,按判据判断缺陷性质。在发热的温升小于10K时,不宜采用此法。负荷率小、温升小但相对温差大的设备,如果有条件改变负荷率,可在增大负荷电流后复测,以确定缺陷性质。无法进行复测时,暂定为一般缺陷,并注意监视。
  3、同类比较法
  3.1纵向比较:对于型号规格相同的电压致热型设备,可根据对应点温升值的差异来判断设备是否正常。此类设备宜用允许温升或同类允许温差的判断依据确定。一般情况下,当同类温差超过允许温升值的30%时,应定为严重缺陷。
  3.2横向比较:同一电气回路中,当三相电流对称和三相设备相同时,比较对应部位的温升值,可判断设备工况是否正常。若三相设备同时出现异常,可与回路的同类设备比较。
  4、热图谱分析法
  所有电气设备及其各部位都应相对应的正常稳定温升和表面热分布,日常生产中要建立运维设备的正常运行状态红外图谱,当同类设备故障时,可根据故障红外图谱与正常运行状态红外图谱的对比,判定设备是否存在缺陷。
  5、历史状态比较判别法
  如果红外图库中存储了各部位热像数据,以及历次红外检测时记录的热像数据,可以此作为比较的基础,借助图像减法处理技术就能得到新检测热像与已存储的同一设备在不同时间的热像之间的差异,从而发现两者之间有多大变化和在何处变化,并对设备状态的历史变化做出诊断。
  四、综述
  随着红外测温技术在电气设备故障诊断中的广泛应用,诊断的准确性显得尤为重要,在诊断中要综合运用多种方法,必要时还应采取其他辅助方法,如电气测量、试验、色谱分析等,以提高诊断的准确性,为设备的运维和状态检修提供依据。
  (作者单位:国网渭南供电公司)