红外检测劣化绝缘子的仿真试验

孙伟忠，周骏

(云南电网责任有限公司电力科学研究院，昆明 650217)

红外检测劣化绝缘子的仿真试验

孙伟忠，周骏

(云南电网责任有限公司电力科学研究院，昆明 650217)

过仿真研究证实了绝缘电阻值对绝缘子发热情况的影响，分析了不同绝缘电阻值，不同位置的绝缘子其发热功率的变化。并且通过实验室红外检测，证实了仿真研究的结果。对绝缘子的红外检测工作具有指导作用。

劣化绝缘子；仿真研究；红外检测

0 前言

输电线路的悬式绝缘子在长期的电气和机械载荷作用下，有些会以外观破损、性能丧失为直接的显性表征，而更多的是各种性能的部分丧失或不同程度的劣化，对于此类型部分丧失性能的线路绝缘子，用什么方法能有效地进行检测，尤其是能够在线检测出此部分劣化绝缘子，是各供电部门关心的问题。

早期用短路叉、火花间隙或小型静电电压表等方法测量绝缘子串的分布电压，用以判断被测绝缘子的好坏。这些方法不但劳动强度大，安全性差，效率低下，而且准确率不高。随着红外检测技术的发展，通过红外检测劣化绝缘子的热成像特性，以此来判断绝缘子的劣化程度的研究在国内已经开展起来了，有些学者从理论分析了劣化绝缘子绝缘电阻值与绝缘子发热情况之间的关系，文中将基于理论分析的结果，通过仿真研究，证实绝缘电阻对绝缘子发热情况的影响，并且在实验室进行劣化绝缘子红外检测，证实仿真研究的结果，从而总结出可供劣化绝缘子检测人员参考的红外检测劣化绝缘子有效性判断的依据。

1 仿真模型

理论研究表明，当绝缘子的绝缘电阻值与绝缘子的等效容抗值相等时，绝缘子的发热功率最大。当绝缘电阻变大或减小时，绝缘子的发热功率都将减小。文中的仿真将验证此理论研究结果。同时还将研究劣化绝缘子在不同位置时的发热功率。在仿真中，将每一片绝缘子等效成电容和电阻并联的模型，每片绝缘子的钢脚和钢帽对地及对导线均存在杂散电容。文中针对110 kV电压等级的绝缘子串进行了仿真，绝缘子片数为7片。仿真图如图1所示。

C1，C2……Cn为每片绝缘子钢帽与钢脚之间的极间电容，一般为30～60 pF R1，R2……Rn为每片绝缘子的绝缘电阻值；C11，C12……C1n为每片绝缘子对地的杂散电容，一般为4～5 pF；C21，C22，……C2n为每片绝缘子对高压导线的杂散电容，一般为0.5～1 pF。

2 仿真结果

2.1 不同位置时，劣化绝缘子的发热功率仿真

图1 仿真模型图

高压端第一片绝缘子的绝缘电阻为60 MΩ，其他绝缘子均为正常绝缘子时，各绝缘子的发热功率表1所示。

表1 第一片绝缘子为低值时各片绝缘子的发热功率

从表1可以看出，第一片绝缘子为低值绝缘子时，其发热功率明显的高于其他正常绝缘子的发热功率，基本上都大于100倍以上。

计算整串绝缘子中只有一片为低值的情况，如表2所示。序号1代表第1片为低值，其他绝缘子为正常的情况，此时第1片绝缘子的发热功率。其他类推。仿真中低值绝缘子均设置为60 MΩ。

表2 各片低值绝缘子的发热功率

从表2可知，同样阻值的低值绝缘子，在绝缘子串的不同位置时，其发热功率不同，在高压端第一片时，其发热功率最大，随着离高压导线的距离越远，发热功率越小，当靠近地线端时，绝缘子的发热功率又有所增大。这个分布趋势与绝缘子串的电压分布类似。

当整串绝缘子中有两片是低值绝缘子时，其发热功率如表3所示。

表3 S各片低值绝缘子的发热功率

从表3可知，当整串绝缘子有两片时低值绝缘子时，每一片低值绝缘子的发热功率都比整串只有一片低值绝缘子时要高。

当整串绝缘子有三片为低值时，其发热功率如表4所示。

表4 各片低值绝缘子的发热功率

从表4可知，当整串绝缘子有三片时低值绝缘子时，每一片低值绝缘子的发热功率都比整串只有两片低值绝缘子时要高。

2.2 不同阻值时，劣化绝缘子的发热功率仿真

分布仿真研究劣化绝缘子的绝缘电阻值为不同值时，其发热功率，如表5所示。此部分将高压端第一片绝缘子设为低值。

表5 各片低值绝缘子的发热功率

从表5可知，此绝缘子的绝缘电阻值在45 MΩ左右，其发热功率最大，随着绝缘电阻的减小和增大，其发热功率逐步减小。

3 实验室红外检测研究

给绝缘子串施加110 kV系统正常工作电压63.5 kV，对不同组合的优劣绝缘子进行红外热成像比对测试，确定劣质绝缘子的热成像特性。

单片低值绝缘子在绝缘子串中不同位置时其发热情况。低值绝缘子在高压端第1片时，加压30分钟之后，在红外热成像仪中即可看到明显的低值绝缘子的钢帽温度高于其他绝缘子的钢帽温度。低值绝缘子在中间第4片时，加压30分钟后，其温度与其他绝缘子差异不明显，加压1小时之后，其温度与其他绝缘子差异依然不明显，为了缩短试验时间，提高施加在绝缘子串上的电压，将电压值提高到127 kV，半小时之后，低值绝缘子钢帽温度明显高于其他绝缘子钢帽温度。低值绝缘子在地线端的情况类似于其在中间的情况，也是在提高施加电压后，其钢帽温度才明显高于其他绝缘子钢帽温度。

针对试验时间之内，低值绝缘子在中间和地线端时，发热不明显，提高电压后发热明显的现象，本文通过仿真发现，提高电压后，低值绝缘子在中间时，其发热功率达到1.07 W，比未提高电压时的0.26 W提高了很多，低值绝缘子在地线端时，其发热功率达到1.03 W，比未提高电压时的0.26 W提高了很多，因此通过红外检测其发热比较明显。

文中研究了整串绝缘子中有2片是低值绝缘子的情况下，整串绝缘子的红外成像图。

低值绝缘子在高压端时，第一片绝缘子绝缘电阻值为30 MΩ，第二片绝缘子绝缘电阻为11 MΩ，加压1小时之后，第一片绝缘子的温度明显高于其他绝缘子，第二片绝缘子的温度仔细观察可以看出高于其他正常绝缘子。

低值绝缘子在中间段时，加压1小时后，仔细观察可以看出2片低值绝缘子的温度略高于其他绝缘子，可见低值绝缘子钢帽的发热还是高于其他正常绝缘子的，因此如果增加施加电压的时间，低值绝缘子的钢帽温度会比较明显的高于其他正常绝缘子。

低值绝缘子在地线端时，加压1小时之后，第六片绝缘子的温度略高于其他绝缘子，但是并不明显，仿真计算表明此低值绝缘子的发热功率要高于其他绝缘子，因此如果增加施加电压的时间，低值绝缘子的钢帽温度会比较明显的高于其他正常绝缘子。

文中还对成串绝缘子中有3片低值绝缘子的情况进行了试验，此试验中，第1、4、7片绝缘子为低值绝缘子，其他为正常绝缘子。理论中分布电压最高的高压端低值绝缘子发热量最大，分布电压最低的中间段绝缘子发热量也明显异于其他正常绝缘子，靠近地线端的低值绝缘子的钢帽发热也高于其他正常绝缘子，通过红外成像图可以比较明显的看出来。

4 结束语

文中基于劣化绝缘子发热机理的理论研究，建立了仿真模型，通过仿真研究，证实了劣化绝缘子的发热功率远大于正常绝缘子，并且劣化绝缘子的发热功率跟其在绝缘子串中的位置有关，呈现两头高，中间低的特征，其中靠近高压端的最大。劣化绝缘子的发热功率随着绝缘电阻的增大呈现先增大再减小的趋势，在其等效容抗值附近的某一范围内达到最大。仿真研究还表明，整串绝缘子中的劣化绝缘子越多，劣化绝缘子的发热功率越大。

实验室红外检测表明，当劣化绝缘子的发热功率大于一定值时，其钢帽的温度升高，可以通过红外检测出此劣化绝缘子，当劣化绝缘子的绝缘电阻过小或者过大，或者位于整串绝缘子电压分布较低的位置时，可能就无法通过红外检测出来了。

仿真研究和实验室红外检测的结果表明，红外检测在在线检测劣化绝缘子上是切实有效的，但是由于受绝缘子本身绝缘电阻的影响以及所处位置的影响，其检测的范围受到限制，只能检测出绝缘电阻在某一范围之内的劣化绝缘子。

[1] 胡世征.劣化绝缘子的发热机理及热像特征 [J].电网技术，1997，21(10)：44-46.

[2] 吴光亚，王铁街.劣化绝缘子对长串绝缘子电压分布的影响 [J].高电压技术，1997，23(4)：59-60.

[3] 金光熙，权光日，郎成，等.故障绝缘子的发热机理及其红外热像检测 [J].电瓷避雷器，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

孙伟忠 (1983)，男，工程师，硕士，云南电网责任有限公司电力科学研究院，从事输电线路防雷及过电压研究 (e-mail) sunwzfight＠126.com。

周骏 (1982)，男，助理工程师，云南电网责任有限公司电力科学研究院，从事电磁兼容及输电线路研究 (e-mail) 289121505＠qq.com。