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故障复合绝缘子诊断方法的比较研究
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故障复合绝缘子 诊断方法的比较研究

December 17, 2015 • Maintenance, 最近文章汇总

近年来,随着挂网运行的复合绝缘子的比例呈螺旋上升,监 测并发现复合绝缘子致命缺陷(特别是内部缺陷)的精确方 法凸显了最为重要的作用。复合绝缘子的严重缺陷除了显而 易见地影响电网的稳定性以外,为了确保维护人员的安全, 带电作业之前评估并确保复合绝缘子运行状态安全可靠也 同样很重要。 遗憾的是,到目前为止,尚无一种单一的诊断技术能够识别 出复合绝缘子可能存在的所有缺陷类型。所以,在实际生产 中,我们通常需要采用多种方法与设备来监测它们。其中, 在各类诊断方法中,供电公司最感兴趣的是在线监测手段, 这些手段可以在带电状态下监测复合绝缘子的运行状态。 近年来,CIGRE工作小组B2.03(现已解散)和IEEE 15.09.04.01 均致力于出台一套新的、体现现代技术水平 的、综合各种诊断技术的复合绝缘子监测方法。本文由 INMR 2012年度Claude de Tourreil电力绝缘子领域终身 成就纪念奖获得者、来自瑞典STRI公司的Igor Gutman撰 写,论述了目前可供选择的复合绝缘子监测手段。
外观检查   目前,外观检查仍然是最常用的监测复合绝缘子运行状 态的技术手段。通过登塔检查、直升机巡线或者升降机 用望远镜观测等方法,能够轻易地发现多种类型的复合 绝缘子的表面损伤,因此,这种检查技术通常效率很高。
Fig. 1: Basic design schematic of composite insulator assists field personnel during visual inspection. 复合绝缘子 故障复合绝缘子 诊断方法的比较研究 fig14

图一:用以帮助检查人员外观检查的 复合绝缘子设计简图。

截至目前,已有一定数量的外观检查指导手册面世。它们 详尽描述了一些典型的故障类型,并提供精选的照片,图 示典型的故障类型,从而有效地帮助维护人员进行日常 的维护。 在外观检查的过程中,电力部门维护人员必须对整支绝 缘子进行检查,为了便于检查,人们将复合绝缘子设计为 按功能进行区域划分(图一),并且提供了侧视图和相关 的文字说明,这样,对于任何肉眼可见的老化与损害,都 可以快速地进行定位与分析。一些现场缺陷照片如图二 所示。 为了确保外观检查的准确性,检查人员作业时需尽可能 靠近复合绝缘子,或者使用高倍望远镜进行观察。 仪器诊断 直升机搭载红外热像仪巡线是一种常用的检查输电线路 连接部件运行状况的检测方法。因此,与此同时也检查复 合绝缘子看来是合乎情理的。事实上,运行经验表明,相 对于其它方法:例如紫外、超声或电场检测而言,红外检 测出的复合绝缘子早期缺陷的比例更高。 在过去几年中,几家电力公司参与并投资进行了广泛的 研究,并且将实验室以及现场运行中复合绝缘子的检查 结果和已知的内部缺陷进行综合,从而制定出了直升 机红外巡线的操作导则,并随后被瑞典、挪威、美国和 日本在实际运行条件下得以验证。 然而,目前仍需要继 续收集更多的现场数据,因此,导则建议:一旦绝缘子 出现内部温升,应当立即对其进行更换,并将其解剖, 以分析内部缺陷的程度。
Fig. 2: Photos serve as examples of types of damage that can be detected visually. 复合绝缘子 故障复合绝缘子 诊断方法的比较研究 fig21

图二:几种常见的可以使用肉眼检测到的 复合绝缘子缺陷。

Helicopter outfitted with equipment for insulator diagnostics 复合绝缘子 故障复合绝缘子 诊断方法的比较研究 helicopter

用于复合绝缘子诊断的直升机巡线装置。

另一个实验也验证了红外监测的有效作用:对39只含人 为缺陷的复合绝缘子施加操作冲击电压,通过红外热像 仪观察,有11只复合绝缘子温度升高,施加正操作冲击 电压对其进行的随后诊断证实,这11只发热的复合绝缘 子中,大部分都损坏了(图三)。 而未出现温升的22只复 合绝缘子均通过了正操作冲击电压实验。 根据此次实验 结果得出的结论是,对于特定类型的复合绝缘子缺陷, 红外检测优于外观检查或其它检测方法。 此外,即使在寒冷和大风天气中,也表明直升机载红外 成像设备对复合绝缘子进行监测很有效。这一结论与 Kinectrics公司所做的含缺陷绝缘子的实验相吻合, 图四(左)显示了加拿大多伦多Kinectrics公司的这项 实验。电晕摄像机以及图像增强器基本上无法发现这 类内部缺陷,但是,它们的异常发热却在红外设备的监 测下无所遁形。
Fig. 3: Evaluation of composite line insulators containing intentionally placed defects by switching impulse 复合绝缘子 故障复合绝缘子 诊断方法的比较研究 fig31

图三:含人为缺陷操作冲击实验的 复合绝缘子评定结果。

Fig. 4: Examples of deliberate internal defects used to investigate effectiveness of IR detection (left: tracking mark/right: channel with conductive moisture). 复合绝缘子 故障复合绝缘子 诊断方法的比较研究 fig41

图四:人为制造内部缺陷, 用于评定红外检测方法的有效 性(左图:漏电蚀痕,右图:含去离子水沟槽)。

Fig. 5: Example of visible outer crack, originating from deliberate internal semi-conductive defect after about 2 years in service. 复合绝缘子 故障复合绝缘子 诊断方法的比较研究 fig51

图五:清晰可见的外表面裂痕, 源于人为内部半导电缺 陷, 运行约2年之后的复合绝缘子。

                  但是,红外监测实验的结果并非总是相同一致的。造 成这种不一致的一种解释是:红外监测是否能成功地 检测出内部缺陷可能与试验的特定缺陷类型不同有 关,造成了红外监测结果的差异。例如,在某些实验 中,所模拟的人为缺陷为导电、半导电的通路或者水分 的侵入(图四,右),但是在另一些试验中,研究人员则 人为地在芯棒上制造裂痕,或者在芯棒与护套交界面 上制造一个含有去离子水的沟槽。此外,还有实验者将 半导电的RTV材料置于芯棒和护套的交界面上。 使用红外成像仪可以在约30m外清楚地发现上述类型 的人为缺陷,其温升在2℃到40℃之间,取决于缺陷的 类型。而在另外的研究中,研究者在潮湿环境下,复合 绝缘子制造过程中使用5-10mA电流在未刷偶联剂的 芯棒表面烧蚀出一条蚀痕,在实验室中,这类缺陷也能 很容易通过红外手段被发现,但是其温升约为8℃ 从原理上说,但凡缺陷隐藏在绝缘子内部并且出现了 异常发热,红外检测手段可以被视为最有效的诊断方 法。但是,一旦内部缺陷已经发展到绝缘子外表面并且 出现电晕放电现象(图五),紫外检测手段则是首选。 光学放大设备 -夜间监测 
Fig. 6: Example of night/day camera intended to observe animals and birds. Capture of discharge activity by this device. 复合绝缘子 故障复合绝缘子 诊断方法的比较研究 fig61

图六:原用于观察动物与鸟类活动的、可在白天与夜晚 同时使用的相机, 这种相机捕捉到的放电现象 (照片承蒙 Eskom公司Wallace Vosloo提供)。

  使用图像增强系统在夜间观察绝缘子(通常,进光量等 于或大于20,000X)能够发现其表面的放电或者电晕 现象。但是,由于电力企业更希望在白天对绝缘子进行 测试,因此需要对这些监测设备进行改进。后来市场 上出现了可在白天使用的紫外仪,或更简便的白天或 夜晚均可使用的商用相机,用于监测复合绝缘子。 最近,南非的电力企业Eskom使用一种原本用于观察 动物的相机来探测绝缘子的放电现象,这种相机装备 了动态的红外探头与自动触发装置,因此,也可以用于 调查由于鸟类活动引发的电网故障(图六)。    

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