故障绝缘子的发热机理及其红外热像检测

杨冬冬 刘永鑫 芦竹茂

摘要：由于绝缘子表面有污秽以及电阻质量逐渐劣化，继而导致绝缘子发生故障。本文主要分析引起故障绝缘子发热的主要机理，以及运用高分辨的红外热像仪进行检测并研究运行过程中的绝缘子状态。

关键词：绝缘子故障 发热机理 热像特征 红外热像

我国变电所、发电厂及运输电线路过程中常常使用绝缘子设备。由于外界环境的影响，导致其长期暴露在各种较强的机械负荷及复杂多变的气候环境中，承受着外界给予的压力，继而减小了绝缘电阻，增大了电流量，影响了绝缘子的性能，产生一系列问题，因此进行红外线热像检测是至关重要的。

1 故障绝缘子的发热机理

1.1 故障绝缘子表层污秽发热机理 绝缘子往往运行在外界环境中，继而会被外界环境因素而影响其正常运行。多半有雨季及粉尘污染物，这些污秽物依附在绝缘子表层，在雨水的作用下形成导电薄膜，继而成为了不良导体，在绝缘子表层出现发热带，造成绝缘子发生故障。一般情况下，由于介质物的影响而引起损耗发热不大因此有必要研究绝缘子的发热机制，探讨绝缘子表层污秽及电阻劣化引起发热的红外线特性特征，并采取有效措施进行有效解决，促使绝缘子故障减少，正常运行。

1.2 故障绝缘子电阻劣化发热机理 绝缘子电阻劣化发热机理与绝缘材料的损坏有关。而导致绝缘材料的损坏有多方面的原因，例如运输过程中、雨季后产生的水分潮气、局部放电、冷热变化下降低拉伸强度等。都会导致绝缘子老化、破损，严重影响其正常运行。在这些影响因素中，由于破损和老化，一旦有外界水分进入其损坏处，必然会在化学作用及电池共同作用下产生碳化通道。继而降低了绝缘子有效距离，引起其劣化内部突然大幅度升高，发生故障。

2 红外热像检测技术的发展及应用

2.1 红外热像检测技术的发展 在我国技术水平领域中，最初的热像仪由于探测器元数十分少，其产生的信号难以在阴极射线管上呈现图像的形式。因此，往光学系统中添加了机械扫描器功能，使其能正常的接收外界中的自然景物，进而转变成图像。然而，还是有许多不足之处。在相关研究人员的研发下，产生了第二代热成像仪，第二次生产的热成像仪主要利用非致冷焦平面阵列技术，集合成几十万个信号放大器，将芯片放入光学系统的内部，可以脱离光机扫描系统，并且极大提高了其热分辨率、灵敏性能、目标的识别能力及探测距离，缩小了热像仪器的体积，给予使用者带来了方便。

红外热像仪是我国主要检测绝缘子运行状态的仪器。这种红外热像检测技术与其他国家相比有很大的差距，从1970年起，是我国首次研究红外热成像技术。随着时代的进步，我国也获得了多项技术成果，例如：红外热像设备上的微型致冷器以及低噪声宽频带前置放大器等技术的研发。近几年以来，由于我国投入了大量资金、人力和物力在红外热像技术的研发方面，使其技术有一个质的飞跃，不断缩小与其他发达国家的差距。甚至有些技术设备可以与发达国家相比。例如，目前生产的1000×1000像素的探測器阵列，使用了基于锑化铟（Indium antimonide）的新器件。

2.2 红外热像检测故障诊断中的分析 红外热像仪能及时发现连接点当中的热隐患，能检测那些由于被遮挡而难以直观看到的部分，将其热量传递到外面部件中，并分析得出结论。使用红外热像技术，可对电阻劣化、绝缘子表层的进行红外热像检测。分析绝缘子表层、电阻劣化的发热特点。下面对绝缘材料出现恶化、污秽物展开分析。开始测试前应该选择在石油某动力厂室外环境中无风、温度保持在2℃左右、日落黄昏、湿度不超过百分之八十五，选用德国生产的红外热像仪，其空间分辨率为0.7mrad、灵敏度0.08℃。

①当绝缘材料出现劣化的时候，Rp电阻逐渐减少，等到表层污秽的电阻Rc>Rp时，Re≈Rp，其发热功率主要集中于钢帽的内部，继而出现明显的发热区。低值绝缘子的条件是55MΩ≤Rp≤350MΩ（参见图1）。同时，也可参见低值绝缘子热像图2（使用VCr红外线热像仪拍摄）。②当绝缘子材料处于干燥条件的时候，由于一些污秽物质是不良导体，随着雨季的降临，导致水分渗入那些污秽物之中，影响了导电率的变化，继而增大了发功率。当表层污垢十分严重的时候，引起表层温度迅速变高（参见图3）。污秽、低值的发热规律与热像特征有明显的差异，而采用红外热像仪能有效检测绝缘子是否正常运行，以便及时发现一些隐患，作出防范措施。

3 结束语

本文系统的分析了故障绝缘子的发热机理以及如何采用红外热像对绝缘子污染物、电阻劣化进行检测，分析了其影响因素。随着红外热像技术的发展，使绝缘子的检测功能更为全面、智能化。尤其是在检测绝缘子故障方面。只有改进绝缘子的故障检测技术，才能让其更好的发挥其效益，更好的服务于群众，进而带动国家经济的发展。

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