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摘要：本文比较了目测、电场法、紫外成像法和红外成像法四种方法用于合成绝缘子带电检测的实验室和现场运行情况，认为电场法成本低廉，直接检测，准确可靠，操作简单，更加适用于国内推广使用。
主题词：合成绝缘子，带电，检测，电场法，红外成像，紫外成像
0．引言
合成绝缘子在我国的应用数量越来越多，因合成绝缘子发生故障而造成的经济损失数额巨大。截止到2017年据不完全统，除雷击、鸟害及其它外力破坏造成的合成绝缘子闪络事故外，在华东、华北等地区已发生15起界面击穿事故，广东、华东、华北相继发生4起芯棒脆断事故，污闪事故也有23起。由于生产工艺生产质量问题或硅橡胶相对老化速度快的问题，运行中的合成绝缘子故障也时有发生。因此，为了预先发现合成绝缘子存在的缺陷，及时防止因缺陷的发展而造成的事故，对合成绝缘子进行运行中的带电检测很有必要。
目前，国外带电检测合成绝缘子的研究十分活跃，主要采用的检测技术有[1]：
（1）观察法。这是一种目前最常用的方法，操作人员利用双筒望远镜在塔下就可完成检测。
（2）紫外成像法。此法用于检测绝缘子表面的局部放电。微小但稳定的表面局部放电会导致绝缘子外覆层严重侵蚀。通过观察局部放电发出的紫外光，可以发现某些缺陷。
（3）红外成像法。由电场引起的绝缘材料的损坏，绝大多数与温度有关。局部放电、泄漏电流流过绝缘物质时的介电损耗或电阻损耗都可以引起绝缘子局部温度升高。通过观察局部热点发出的红外线，可以发现某些缺陷。
（4）电场法，根据合成绝缘子纵向电场分布曲线的形状来判断绝缘子的内绝缘故障。当绝缘子含有缺陷时，电场在此处或多或少会有一些突变。通过观察局部电场的畸变，可以发现某些缺陷。
这些方法都可以实现合成绝缘子的带电检测，但各有局限性，从中选择一种或几种能够适应国情、便于推广的方法是开展合成绝缘子定期检测工作的先决条件。本文通过实验室和现场运行，对上述几种方法的优点和不足做分析比较。
1．观察法的优点和不足
这种方法主要用来检测表面缺陷，所观察到的常见的缺陷包括绝缘伞裙受到侵蚀、变得粗燥，外覆层有侵蚀的沟槽和痕迹，绝缘伞裙闪络，伞裙或外覆层开裂，外覆层破碎，芯棒外露等。由于一般缺陷的尺寸较小，而且需要从一定角度观察才能看到，仅从地面观察不够可靠，因此要求登塔检测。另外，内绝缘故障在外观上常常观察不到异常，仅靠观测难以发现。运行多年的绝缘子，表面积污严重，几乎变成了黑色，使得表面缺陷更加难以发现。而这些绝缘子由于运行时间长，更容易发生故障。
图1 绝缘子外表（圆形标记中心为小孔位置）
图1显示了某一来自线路的、有缺陷的220kV等级绝缘子的一段外表。硅橡胶的红色基本被污秽的黑色取代，未见异常。只有用水洗去污秽后，才看到硅橡胶的红色。在洗去污秽的表皮上，才发现一个难以察觉的小孔。在这个小孔里面，隐藏着很长一段放电形成的炭化通道。
由此可见，除了因观察角度不理想而未发现缺陷外，污秽也覆盖了一些小的缺陷使之不能被发现。内绝缘缺陷更有可能因没有明显的外表特征而被遗漏。因此，观察法虽然很简便，但很不可靠。
2．紫外成像法的优点和不足
过去的紫外成像仪需要夜间操作以避开阳光中的紫外线。目前以色列生产的一种紫外成像仪避开了阳光中的紫外线光谱，从而可以在白天使用。其摄像镜头具有自动对焦等功能，而且同时利用可见光和紫外光双重成像，非常便于在地面对准绝缘子拍照。图2显示了白天在实验室中一只合成绝缘子表面缺陷处发生局部放电时用该仪器观察到的画面，局部放电部位明显发亮。
图3 绝缘子红外成像图
加拿大魁北克省在2016年利用此法发现了一个具有两处缺陷的合成绝缘子，红外图象上有相应的两处发热区，经解剖对比发现，其中一处发热区对应于局部强场，另一处对应于外覆层缺陷处渗入酸性水分后电阻损耗增大[2]。一般情况下，当绝缘子产生导通性内绝缘缺陷时，缺陷处因电阻较小而不会发热，而缺陷端部因局部电场较强而发热，此时发热点对应于缺陷端部而不是中部[3]。此类仪器价格较贵。
4．电场法的优点和不足
一般来说，内绝缘缺陷在外观上是难以发现的，但它们是最危险的缺陷。目前认为，因合成绝缘子的密封不良或护套性能不良，从而引起潮气进入内部，导致芯棒与护套的界面或在芯棒中发生局部放电，在界面或芯棒中产生炭化通道。这些炭化通道不但将芯棒和护套分离开来，而且逐渐沿芯棒发展，使总的绝缘长度减少。有时这些放电还严重地腐蚀芯棒，致使芯棒断裂。目前国外已发生数例合成绝缘子内绝缘故障，国内也出现了一些问题。
图4 有缺陷绝缘子电场分布曲线
导通性内绝缘缺陷势必影响绝缘子周围的电场分布，包括沿绝缘子芯棒方向的纵向电场和沿绝缘子横截面半径方向的径向电场。因此，通过测量绝缘子周围的纵向电场，并与良好绝缘子的纵向电场相比较，找出电场发生异常畸变的位置，就等于找到了内绝缘缺陷的位置[4]。华北电力大学等单位开发的“DL-1型合成绝缘子带电检测仪”[文献1]。正是利用该原理来检测合成绝缘子的。图4是利用该仪器获得的图1中绝缘子的纵向电场分布曲线。图中横坐标是绝缘子伞裙序号（从高压侧起记数），纵坐标是电场强度的相对数值（10kV/m对应相对值50）。因良好绝缘子的电场分布曲线是光滑的，可以看到，曲线在第4大伞和第11、12、13大伞两处出现下陷，表示这两处存在导通性内绝缘缺陷。绝缘子第11、12大伞处外表如图1所示，仅有一小孔。剥去外覆层后，发现芯棒上有十几厘米长的黑色炭化通道，见图5。第4大伞处外表有裂缝，剥开后发现芯棒粉化、发黄。可见检测结果准确可靠。
图5 绝缘子芯棒上的炭化通道
电场法利用电场来检测绝缘子，能够直接反映绝缘子的绝缘状况，因此所受干扰影响较小。检测时只须将仪器沿绝缘子表面滑动一遍，数据将存储在仪器里。检测完毕后，可将数据传送给计算机或掌上电脑，并以曲线或数据的形式显示出来。该仪器操作简便，直截了当，价格便宜，但需要登杆操作，不能检测一些不影响电场的外绝缘缺陷如伞裙破损等。可与观察法结合使用。
5．结论
通过以上试验及分析，我们可以得到以下结论：观察法、紫外成像法、红外成像法和电场法都能够带电检测合成绝缘子。四种方法具有不同的适用范围。观察法主要适用于外绝缘缺陷；紫外成像法主要适用于能产生局部放电的缺陷；红外成像法主要适用于能产生局部发热的缺陷；电场法主要适用于导通性内绝缘缺陷。
基于电场法检测原理的DL-1型合成绝缘子带电检测仪成本低廉，直接检测，准确可靠，操作简单，更加适用于国内推广使用。
参考文献
1 李成榕，程养春，电场测量法在线检测合成绝缘子内绝缘缺陷的研究 高电压技术 1999, Vol.25 No.1。
论文作者:王晋强,常雷雷
论文发表刊物:《防护工程》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/19
标签：绝缘子论文; 电场论文; 缺陷论文; 局部论文; 覆层论文; 观察法论文; 发现论文; 《防护工程》2018年第16期论文;