基于带电检测的复合绝缘子憎水性研究

朱五洲 韦亦龙 李 迪 刘淡冰

（广东电网有限责任公司珠海供电局，广东珠海519000）

0 引言

不同于传统的瓷质绝缘子和玻璃绝缘子，复合绝缘子体积小、便于维护；重量轻、便于安装；尤其其优秀的憎水性能显著降低污闪。因此，复合绝缘子的憎水性成为材料性能评估的一项重要技术指标。

但这种憎水性又会因气候、环境、使用等因素而降低，尤其是在复合绝缘子运行过程中，这种变化会直接影响电力设备系统的使用安全性。

因此，如何对复合绝缘子憎水性进行运行过程中的带电检测显得尤为重要。

本文从一种新型绝缘子憎水性带电检测装置入手，对复合绝缘子运行过程中憎水性的带电检测展开分析研究。

1 复合绝缘子憎水性的概念及带电检测的科学意义

物质的憎水性是基于其所含有的憎水基团而形成的一种性能指标，又被称为湿润性。而复合绝缘子的憎水性，主要用于表示环境水分对复合绝缘子外绝缘的湿润能力及表面张力。

憎水性使复合绝缘子表面不容易受潮，表面附着的水分以不连续的单个小水珠形态存在，不会在表面形成连续水膜，限制了电流的泄漏，提高了闪络电压。

实践表明，在复合绝缘子运行过程中，由于强电场作用、太阳照射、空气湿度、环境污秽程度、酸雨、雾霾等因素作用，其主体材料——硅橡胶材料会发生老化，导致憎水性下降甚至丧失，积污加剧，产生电晕、电弧等放电，使电流的外泄迅速增大，而这些因素又反过来加剧了硅橡胶的老化过程，形成一种恶性循环，直至发生严重的电力事故，影响供电系统及其电力设备的安全使用。

此外，众多研究成果表明，季节变化对复合绝缘子憎水性也有一定影响，复合绝缘子的憎水性在冬季会发生下降甚至丧失的情况，而随着气候变暖，不同的复合绝缘子又会体现出不同的憎水性恢复特征。电力系统维护中的带电检测，是准确掌握绝缘子憎水性能，判断材料耐用度和使用寿命的重要环节。

2 复合绝缘子憎水性的带电检测方法

判断与检测材料憎水性的方法主要有三种：第一，接触法；第二，表面张力法；第三，喷水分级法。而目前针对绝缘子憎水性，检测方法主要包括静态接触角法（CA法）、动态接触角法、喷水分级法（HC法）、动态滴水法等。

其中，喷水分级法（HC法）的概念由瑞典输电研究所（STRI）最早提出并完善，这种方法采用HC等级来区分憎水性状态。具体来讲，喷水分级法将绝缘子材料的憎水性分为HC1～HC7七个等级，其中HC1级对应憎水性最好的状态，HC1～HC3为憎水性状态，HC4为中间过渡状态，HC5～HC7为亲水状态，HC7则对应完全亲水性的表面。绝缘子憎水性带电检测装置即采用这种喷水分级法（HC法）对复合绝缘子进行运行带电检测。

3 绝缘子憎水性带电检测装置喷水分级检测的工作方法

整个检测工作采取塔上、地面相结合的方式进行，由工作人员上塔，先对待测伞裙定量喷洒水雾，然后使用检测装置上的前置摄像头对被喷洒水雾后的绝缘子材料表面进行拍照。回到地面后，工作人员将其拍摄并存储到手机上的憎水性图像输入到计算机中，使用装置中的憎水性分析软件判断绝缘子的憎水等级。

绝缘子憎水性带电检测装置采用图像对比、改进形状因子这两种方法，对绝缘子材料表面的憎水性指标予以分级。

3.1 使用拍摄图片与标准图像比对分析

首先将现场获得的绝缘子憎水图像同《不同憎水等级的标准图像》（图1）所示的HC1～HC7七个等级标准图像进行主观分析对比。

然后，通过对所拍摄的绝缘子表面图像与标准图像进行比对，分析二者相似程度，参考《不同憎水性等级的图像特征描述》（表1）所列的不同憎水性等级特征描述，对材料憎水性进行分级。

3.2 改进形状因子测算法

这种方法是通过数学计算，客观得出绝缘子表面憎水拍摄图像中的最大水珠（或最大水膜）的面积比（K值）以及形状因子（fc值），并依据《不同憎水性等级的图像特征描述》（表1）所列的数据，对绝缘子表面憎水性进行分级。

面积比K值的计算公式如下：

运算公式中应当注意，最大水珠（水迹）的面积和图像总面积的计算单位均为像素。形状因子fc值则使用专用计算公式得到。

4 绝缘子憎水性带电检测装置的构成及工作原理

绝缘子憎水性带电检测装置由电动喷水、图像拍摄装置、笔记本电脑、手机终端（选配）、憎水性取照软件（U盘）、憎水性分析软件等几部分构成。

图1 不同憎水等级的标准图像

表1 不同憎水性等级的图像特征描述

首先电动喷水装置按照电力行业标准规定对被测绝缘子进行精确定量喷水，装置由无线遥控、绝缘操作杆、控制喷水部分组成，各部分可快速组装并进行现场使用。绝缘子憎水图像拍摄装置安装有百万级别的前端摄像头，用于采集复合绝缘子憎水图像。装置中的憎水性分析软件能够从主客观两个角度对绝缘子憎水性进行HC等级判断。

具体来讲，客观判断即采取上述“改进形状因子法”，通过在计算机中分析绝缘子憎水图像的面积比K和形状因子fc来进行憎水性等级判断；而主观判断则是依据上述“图像对比法”，在软件中嵌入HC分级法的标准图像，将现场获得的憎水图像导入软件后，通过对比其与各标准图像的相似性来获得憎水性等级。

通常来讲，主观判断只作为一种辅助的判断方法，用以验证客观判断的结果。需要注意的是，带电检测工作应当选择良好天气进行，雷、雨、雪、雾等天气下进行的带电检测，或环境湿度大于80%，极易对检测结果产生较大影响。

5 结语

复合绝缘子在电力设备系统中的应用越来越广泛。在我国，使用复合绝缘子材料的历史可以追溯到20世纪70年代早期，发展至今，主要应用于中等以上直至空气环境污秽严重地区的110～220 kV线路上，所使用的材料均为硅橡胶。针对复合绝缘子在运行过程中的憎水性检测是坚持技术发展问题导向、实现设备材料使用安全性判断的必然选择。我们在此探讨研究的这种新型绝缘子憎水性带电检测装置具有极高的现场可操作性，并可以绝对保证检测人员的人身安全。不过，基于带电检测的复合绝缘子憎水性的分析还有进一步发展的空间，绝缘子憎水性带电检测装置在带电检测领域的应用将会逐步得到完善，从而充分发挥其性能优势，为憎水性研究带来更多的突破性成果。