摘　要：為了檢測復(fù)合絕緣子的絕緣缺陷，有效防范復(fù)合絕緣子的貫穿性擊穿事故和脆斷事故的發(fā)生，在分析復(fù)合絕緣子發(fā)熱機(jī)理的基礎(chǔ)上，通過在實驗室拍攝有模擬缺陷和來自現(xiàn)場的有真實缺陷的復(fù)合絕緣子的熱像圖，研究了復(fù)合絕緣子內(nèi)部局部放電、滲入缺陷的水分的介質(zhì)損耗、護(hù)套嚴(yán)重老化絕緣電阻下降的電阻損耗等引起的發(fā)熱現(xiàn)象及其規(guī)律。研究表明，這3種發(fā)熱現(xiàn)象具有代表性，輸電線路中復(fù)合絕緣子的發(fā)熱機(jī)理以第3種為主。 關(guān)鍵詞：復(fù)合絕緣子；紅外熱像圖；絕緣缺陷；在線檢測；擊穿；發(fā)熱機(jī)理 　　Abstract：The insulation breakdown fault and brittle fracture of composite insulators can be avoided efficiently by Oilline inspecting defects．The insulation breakdown fault of composite insulators in service was introduced．a(chǎn)nd probable reasons of insulator heating were analyzed．Through taking the thermograph of tWO kinds of defect composite insulators in the laboratory．one from the site and another by simulating．three kinds of abnormal heating principle and phenomena were studied，such as the heat caused by partially internal discharge，the heat caused by medium loss with infiltration of humidity and the heat caused by insulation resistance decrease with severely aged insulator ring．Based on the infrared images of the composite insulators containing simulated defects and those containing real defects．these images with both electric Held distribution curves and dissection results were compared and analyzed．The research results show that the three heating phenomena are ordinary and representative．a(chǎn)nd the third one is the main heating mechanism of the composite insulators used in transmission lines．The general reason that the composite insulators produce heat is explained．The investigation result is help for inspecting the electrified composite insulator． 來源:http://tede.cn 　　Key words：composite insulator；infrared thermal image；insulator defects；on-line inspection；breakdown；heating Mechanism 0 引　言 　　隨著復(fù)合絕緣子在我國的應(yīng)用數(shù)量越來越多，因復(fù)合絕緣子發(fā)生故障而造成的經(jīng)濟(jì)損失數(shù)額也越來越大D-s3。我國一些電力公司曾發(fā)生過多次因復(fù)合絕緣子內(nèi)絕緣缺陷引起的貫穿性擊穿和脆斷事故，許多運行中的復(fù)合絕緣子有異常發(fā)熱現(xiàn)象，5OOkV線路復(fù)合絕緣子也發(fā)生過多起芯棒斷裂事故。據(jù)統(tǒng)計，截止1999年初，全國掛網(wǎng)運行總數(shù)復(fù)合絕緣子的故障率為5．3×10～ ，故障總次數(shù)為231次，年故障率統(tǒng)計< 1×1O～ ，其中內(nèi)絕緣故障占6．9 。這幾年隨著絕緣子數(shù)目及運行年限的增加，故障有所增加。如2001-11-04，220kV 羅佛線24桿和2002-03—19，22OkV佛南線#60桿的B相復(fù)合絕緣子界面處貫穿性擊穿導(dǎo)致線路跳閘；2002一ll一23，5OOkV羅北甲線發(fā)生了 57塔A 相的復(fù)合絕緣子斷裂，造成導(dǎo)線落地重大事故。 　　2001—11起統(tǒng)計佛山系統(tǒng)≥22OkV的復(fù)合絕緣子，并采用紅外測溫法登桿抽查，分析304支熱圖像，發(fā)現(xiàn)54支有發(fā)熱現(xiàn)象，劣化率為17．8 。檢測擠包護(hù)套工藝的產(chǎn)品257支，其中有缺陷58支，劣化率為22．6%。 　　復(fù)合絕緣子在運行過程中，絕緣物質(zhì)的變化往往與發(fā)熱有聯(lián)系。局部放電、泄漏電流流過絕緣物質(zhì)時的介電或電阻損耗都可引起絕緣子局部溫度升高[1 “]。根據(jù)發(fā)熱現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)復(fù)合絕緣子局部破損和放電缺陷，但其發(fā)熱程度微小，若不憑借合適的儀器則不能察覺。紅外熱像法利用紅外線測溫技術(shù)將物體的溫度轉(zhuǎn)換成圖像顯示在測溫儀的屏幕上，用不同的灰度或顏色代表不同的溫度，直觀顯示溫度信息[1 。該法不需操作人員接觸復(fù)合絕緣子，可在地面或塔身利用紅外成像儀器拍攝絕緣子溫度圖片，且簡單安全。 　　目前針對復(fù)合絕緣子發(fā)熱機(jī)理的認(rèn)識仍較模糊，難以解釋許多異常發(fā)熱現(xiàn)象。另外，復(fù)合絕緣子的異常發(fā)熱現(xiàn)象與絕緣缺陷問存在一定的對應(yīng)關(guān)系，目前未見詳細(xì)報道。故有必要研究復(fù)合絕緣子發(fā)熱機(jī)理及其復(fù)合絕緣子異常發(fā)熱現(xiàn)象與絕緣缺陷的對應(yīng)關(guān)系，形成一套紅外熱像法帶電檢測復(fù)合絕緣子的技術(shù)方案，以指導(dǎo)現(xiàn)場實際操作。 1 局部放電導(dǎo)致發(fā)熱 　　理論上，當(dāng)絕緣子外護(hù)套或芯棒破損后，水分潮氣可滲入其中，電場和化學(xué)作用下侵蝕芯棒，形成炭化通道，減小絕緣子的有效絕緣距離，最終導(dǎo)致芯棒斷裂。此過程中，破損部位往往存在局部強(qiáng)場引發(fā)局部放電。每一個局部放電都伴有微小的電流脈沖或電子崩，不但破壞材料本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)使其炭化，且使絕緣材料溫度升高，加劇絕緣破壞。 　　良好絕緣子在正常運行電壓下不會在絕緣材料中發(fā)生局部放電，但在污穢狀況下，表面可能局部放電，其放電所產(chǎn)生的熱量易散失，只有絕緣材料內(nèi)部的局部放電才可能積累足夠的熱量。當(dāng)復(fù)合絕緣子產(chǎn)生缺陷后，缺陷部位易形成局部強(qiáng)場，產(chǎn)生局部放電。在實驗室中對含有缺陷的3只絕緣子施加交流電壓，其型號分別是：佛電 1（在護(hù)套與芯棒的交界面上有一直徑1．2ram、長15cm的細(xì)銅絲，且與高壓金屬接頭相連），佛電 3（在護(hù)套與芯棒間嵌有長15cm 的細(xì)銅絲，距高壓端金屬接頭9cm）和佛電 4（高壓側(cè)第1片傘與高壓金屬接頭間的護(hù)套在實驗室中長期放置后開裂，估計因水分滲入原先被部分破壞的護(hù)套后使芯棒膨脹而撐開護(hù)套）。分別對這3只絕緣子施加6OkV交流電壓10min后拍攝熱像圖（見圖1），圖中SP表示絕緣子正常部分的某點，AR表示絕緣子缺陷部分的區(qū)域。 　　由圖1可見，佛電 1的發(fā)熱點在銅絲端部，佛電 3無異常發(fā)熱點，佛電 4的發(fā)熱點在缺陷部位。佛電 1和 4的缺陷連通或接近高壓端，加壓時有強(qiáng)烈的放電聲，佛電 3的缺陷在絕緣子中部且無電暈。為了進(jìn)一步證實這些發(fā)熱由局部放電引起，對佛電 4施加更高電壓，并從接地線50012電阻上提取測量放電脈沖。提高電壓后局部放電脈沖的最大幅值由原來50mV增加到400mV，放電聲音增大許多倍，發(fā)熱溫度也相應(yīng)提高了（見圖1（d））。 用銅導(dǎo)線將原來不發(fā)熱的良好的佛電 5高壓側(cè)第1、2傘裙短接，并與高壓金具連接，加壓后聽到強(qiáng)烈的電暈聲，其熱像圖見圖2（a），發(fā)熱點仍在缺陷端部。僅短路第2傘時，導(dǎo)線處于懸浮電位無電暈，故不發(fā)熱，見圖2（b）。故絕緣子內(nèi)部放電或外部強(qiáng)烈的放電能引起局部放電位置發(fā)熱。 2 水分介質(zhì)損耗導(dǎo)致發(fā)熱 　　水是強(qiáng)極性物質(zhì)，具有相當(dāng)高的介電常數(shù)，當(dāng)處于交變電場時，水分子隨電場方向的改變不斷轉(zhuǎn)向，即反復(fù)極化。水分子轉(zhuǎn)向時相互問的磨檫將產(chǎn)生能量損耗（介電損耗）并轉(zhuǎn)化為熱量，使水分的溫度上升。故破損部位縫隙里的水分在交流電場中會因介電損耗而發(fā)熱。 　　向佛電 4絕緣子的缺陷部位注入鹽水（其熱像圖見圖3（a）），發(fā)熱比未注水時明顯。注入更多水分，發(fā)熱更明顯（見圖3（b））。這一結(jié)論能夠解釋一些絕緣子在不同時間檢測到的發(fā)熱程度具有較大差異的現(xiàn)象，但水分的蒸發(fā)會降低其溫度。在佛電 4 絕緣子護(hù)套上打孔注水，拍攝熱像圖見圖3（b），其中ARO2中心部位為打孔注水部位，其溫度比周圍低，這是因滲入缺陷的水分同時具有發(fā)熱和散熱效應(yīng)，當(dāng)水分導(dǎo)致發(fā)熱效應(yīng)小于散熱效應(yīng)時，溫度下降。故對絕緣子表面溫度的影響較為復(fù)雜。 3 絕緣老化電阻發(fā)熱 　　正常情況下復(fù)合絕緣子的絕緣介質(zhì)電阻非常大，流過絕緣子的泄漏電流僅處于 A級。當(dāng)某處絕緣材料電阻下降到某一范圍后，原先均勻分布的泄漏電流則集中流過該處，導(dǎo)致該處電阻損耗大于別處，從而出現(xiàn)局部發(fā)熱。 　　泄露電流流過絕緣子表面電阻時，會產(chǎn)生焦耳熱，使其表面溫度升高。若要使局部突出發(fā)熱，則該處的電阻需滿足一定條件。對于不同表面狀況的絕緣子，最佳發(fā)熱電阻數(shù)值也不同。 　　在佛電 5絕緣子的第5、6傘間接40Mfl電阻，電阻兩端分別用銅絲繞絕緣子芯棒一周，使表面泄露電流全部流過電阻。加壓后微弱發(fā)熱，見圖4（a）。若用膠帶包裹電阻，則熱量不易散失，發(fā)熱比無膠帶時明顯，見圖4（b）。同時，將同樣的膠帶纏繞在第4、5傘間的芯棒上，以研究膠帶的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)膠帶不能引起發(fā)熱。 　　對于實際缺陷的電阻發(fā)熱現(xiàn)象，研究來自現(xiàn)場的220kV良小線 10+2塔中相（B）絕緣子。其金屬端頭上有許多毛刺，在正常運行電壓下有電暈聲，第1傘下部護(hù)套在長期電暈侵蝕下已嚴(yán)重老化發(fā)白，其單位長度的絕緣電阻下降到50G～／m，而正常部分>250GQ／m。其熱像圖見圖5（a），護(hù)套老化部位明顯發(fā)熱。 　　為了確定發(fā)熱由老化的護(hù)套引起而不是由芯棒引起，剝?nèi)ミ@部分護(hù)套，重新加壓拍攝熱像圖見圖5（b）。絕緣子第1傘下部不再發(fā)熱，但此時高壓金屬端頭異常發(fā)熱。 　　上述實驗表明，合適的低電阻會引起絕緣子局部發(fā)熱，且發(fā)熱部位是絕緣電阻降低的部位。來自現(xiàn)場的5支復(fù)合絕緣子都具有與良小線 10+2塔 　　中相（B）絕緣子相同的發(fā)熱現(xiàn)象，則視其發(fā)熱機(jī)理是現(xiàn)場絕緣子發(fā)熱的主要原因。另外，在不利于散熱的外界條件下當(dāng)絕緣子表面泄露電流足夠大時，絕緣子會大范圍發(fā)熱。絕緣子表面污穢在一些情況可能在某處形成低電阻引起電阻發(fā)熱，使該處溫度較別處高，形成虛假的發(fā)熱現(xiàn)象。 4 結(jié) 論 　　a）當(dāng)絕緣子缺陷中存在內(nèi)部局部放電時，則將引起絕緣子發(fā)熱。高壓端導(dǎo)通性缺陷較容易在缺陷端部產(chǎn)生局部放電，引起該處發(fā)熱。中部缺陷和一些高壓端缺陷不產(chǎn)生明顯的局部放電，不會發(fā)熱。 　　b）滲入缺陷的水分一方面因介質(zhì)損耗引起絕緣子發(fā)熱，另一方面蒸發(fā)散熱，故水分對絕緣子發(fā)熱現(xiàn)象的影響較為復(fù)雜。高壓端導(dǎo)通性缺陷中滲入水分時，發(fā)熱因素大于散熱因素，絕緣子溫度升高。水分越多，發(fā)熱越嚴(yán)重。 　　c）絕緣子護(hù)套嚴(yán)重老化后，絕緣電阻劇烈下降所致電阻損耗發(fā)熱是現(xiàn)場絕緣子的主要發(fā)熱機(jī)理。 　　參考文獻(xiàn) 　　[1]易輝，崔江流，宿志一．淺談我國合成絕緣子的應(yīng)用與展望．高電壓技術(shù)，1999，25（1）：78—81． 　　YI Hui，CUI Jiang-liu，SU Zhi—yi．The application and prospect of composite insulators in China[J‘]．High Voltage Engineering， 1999，25（1）：78—8lI 　　[2]龔文權(quán)，鐘連宏，李金法．復(fù)合絕緣子運行與評價rJ3．高電壓技術(shù)，2002，28（5）：46-48． 　　GONG Wen-quan，ZHONG Lian-hong，LI Jin-fa．Operation and evaluation of composite insulator[J]．High Voltage Engineer•ing，2002，28（5）：46-48． 　　[3]騰國利，徐利賢，張海安．士500kV 耐張復(fù)合絕緣子掛網(wǎng)運行經(jīng)驗分析[J3．．高電壓技術(shù)，2005，31（4）：90—91． 　　TENG Guo-li，XU Li-xian，ZHANG Hai—an．Revelation about composite insulator used for士500kV tession string[‘J‘]．High Voltage 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