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用于检测复合绝缘子内部缺陷的直升机红外技术的应用
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用于检测复合绝缘子内部缺陷的直升机红外技术的应用

February 5, 2016 • Maintenance, Weekly Article, 最近文章汇总

如今,要使复合绝缘子得到更加广泛的 应用,其中一个显著的障碍就是监测其 在运行中的情况比较困难(尤其与玻璃 绝缘子相比)。一些公司的工程师为 此事烦恼,若缺少这种技术,主要线 路上的绝缘子就有可能劣化(例如,因 操作不当而造成的生产缺陷或破损), 却找不到有效可靠的检测方法。基于这 一点,越来越多的研究人员投入到这项 研究当中。他们在寻找一种方法,这种 方法不仅能够有效识别过早损坏的绝缘 子,还要能够在现场应用。 过去十年里,瑞典传输研究院(STRI) 对基于利用红外诊断来检测复合绝缘子 的问题进行了一项广泛的研究。本文的 作者是国际知名绝缘子专家,来自瑞典 传输研究院(STRI)的伊格尔·顾特曼先 生,他在文章中提出了一些重要发现。

评估方案 本项目的主要目的是为通过直升飞机对输电线上的复合绝 缘子进行远程红外检测技术的应用提供一些指导原则。为 了 完 成 这 个 目 标 ,研 究 人 员 制 定 了 一 项 全 面 检 测 方 案 ,包 括 以下五个部分:
  1. 实验室技术研究与评估;
  2. 现场技术研究与评估;
  3. 使用直升机实施检测方案预试;
  4. 电场计算 &后续服务试验
  5. 制定合理的指导原则
在各个不同的方案中,四家电力公司将对以上指导原则进 行验证。本文论述了这一问题。 用作研究的绝缘子 此次研究的对象是带有人为缺陷的400kV硅橡胶绝缘子,由 一家美国芯棒制造商和一家日本绝缘子供应商共同制造, 其中包括六种典型缺陷。这样的设计依据了瑞典传输研究院 (STRI)早前进行的一项研究所得出的结果(见表1)。 图 1 给 出 了 实 例 来 说 明 这 些 缺 陷 的 具 体 位 置 。其 中 ,左 边 的 测试实例L(约15cm)显示了绝缘子高场强区的微小缺陷, 中间的测试实例H(约50cm)显示了较大缺陷区域。另外, 这项研究的现场检测也有一套相似试样的绝缘子,不过它 们是130kV电压等级。 用于检测复合绝缘子内部缺陷的直升机红外技术的应用 用于检测复合绝缘子内部缺陷的直升机红外技术的应用 Table13实验室诊断技术研究 此项研究的初步工作是评估未来会实际应用到的不同诊断技 术,以便确定哪一种技术可以稳定地将完好的绝缘子与有此 缺陷的绝缘子区分开来。这些诊断技术包括(见图一):
表1:复合绝缘子中的人为缺陷种类及其缺陷的产生
缺陷种类 芯棒分层(无水分进入) 芯棒分层(有水分进入)
芯棒与护套界面分离
(无水分进入)
芯棒与护套界面分离
(有水分进入)
芯棒与护套界面分离
( 芯 棒 外 表 面 带 电 )
芯棒空隙
模拟 运行过程中因扭曲和失稳载荷引起的 损坏和/或生产本身导致的损坏
生产问题
运行过程中的生产缺陷进一步发展
运行过程中的漏电起痕
生产问题
缺陷的产生 用龟裂芯棒生产的芯棒 在STRI将硝酸 (pH 1.2) 通过终端金具在 高压条件下(50 bar) 注入到裂缝中 生产组装时无水分进入 在STRI将水用注射器注入到空气缝隙中 制造商通过在芯棒和硅橡胶之间加入 导 电 室 温 硫 化( R T V )橡 胶 进 行 模 拟 直径约 0.012 -0.025 mm的空隙是 供应商专门生产的
Figure 1: Schematic of locations of various NCI defects. 用于检测复合绝缘子内部缺陷的直升机红外技术的应用 用于检测复合绝缘子内部缺陷的直升机红外技术的应用 Fig114

Figure 1: Schematic of locations of various NCI defects.

• 无线电或电视噪音检测技术,如:
* 移动汽车天线,最大频率27MHz; * 在270-800 MHz范围内定向移动天线并记录日志; * 天线与VHF/UHF RFI型号的定位器(射频扫描器) 连在一起 配有VHF天线和超声探针的带电操作杆嗅探器 配有500 MH天线的带电操作杆传输嗅探器 (供传输用的噪声探测器) 红外线照相机(热像仪1000) 紫外线光放大照相机(紫外成像仪CoroCAM lll) 复合绝缘子检测器和电场探针
本实验属于包括在线诊断技术的研究范畴,这种技术适合 应 用 于 地 面 、载 人 升 降 机 、高 空 及 塔 楼 。基 于 这 一 点 ,研 究 人员在STRI污秽试验楼内(直径约为18m,高约23m)分别 从三种不同的高度对复合绝缘子进行检测。该实验楼具有 广受客户肯定的环境条件,如“寒冷”(2-7°C; 相对湿度为 75-95%)“; 适度干燥”(17-26°C; 相对湿度为38-67% ) 和“ 适度潮湿”(17-26°C; 相对湿度为80-95%)。 研究人员还将复合绝缘子分别置于清洁环境和人工污秽环 境下进行试验。除了天线,所有的诊断设备都被置于一个 高度可调节的平台上,以便研究人员能够在不同的高度进 行测量。室内试验设备见图三。 应该着重指出的一点是,NCI样品是状态良好还是存在缺 陷,研究人员对此并不知晓,这就保证了其读数的客观性。 他们的任务就是利用仪器沿绝缘子全身寻找缺陷并记录数 据(从不同的高度和位置)。 红外照相机检测到复合绝缘子内部缺陷的百分比最高,包 括漏电起痕以及潮气侵入引起的缺陷,这是这项研究的主 要成果。紫外线照相机的检测率稍低,与电场探针类似。不
 
Figure 2: Examples of diagnostic devices. A: UV camera; B: E-field probe; C: IR camera; D: RFI locator. 用于检测复合绝缘子内部缺陷的直升机红外技术的应用 用于检测复合绝缘子内部缺陷的直升机红外技术的应用 Fig27

Figure 2: Examples of diagnostic devices. A: UV camera; B: E-field probe; C: IR camera; D: RFI locator.

同种类的试验天线和嗅探器未收到任何效果。 相比于其它内部缺陷模拟,玻璃纤维芯棒内部或芯棒与护 套界面处的漏电起痕和导电部位(如:有潮气进入)更容易 被检测出来。只有电场探针检测出了复合绝缘子中部(浮 动电位)的芯棒与护套界面的分离。 现场检测技术评估 含有已知缺陷的绝缘子被转移到户外试验基地,并连续 几年时间让其保持通电。通过周期性地搜集相关数据,我 们可以识别其劣化现象,并确定其与相关诊断标记的关联 性。我们在STRI户外试验基地将样品通电,为时两年,以此 来判断存在内部缺陷的130 kV 与 400 kV等级复合绝缘子 的劣化率和预期剩余使用年限(见图四)。 这些绝缘子被置于不同的外部环境条件下,比如雪、雨、阳 光、–20°C- +27°C范围的温度环境、20% - 100%范围的相 对湿度环境,还有风力达11 m/s 的有风环境。此试验基地处 于清洁环境中。对绝缘子施加相对地电压84 kV (130 kV电压 等级) 和相对地电压 243 kV (400 kV电压等级),并且需要 在不同的天气条件下对其进行定期检测(见图五)。

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