CN104713901B - 基于红外精确测温的复合绝缘子绝缘缺陷检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于红外精确测温的复合绝缘子绝缘缺陷检测方法，根据热像图中不同颜色代表的不同温度，判断该复合绝缘子上是否存在发热异常部位，如果不存在，则认为设备正常，如果存在发热异常部位，则比较发热异常部位最高温度与环境温度的温差，如大于设定的温度阈值C，C>1，则复合绝缘子存在绝缘缺陷，如小于设定的温度阈值C，C>1，再进行同类比较，根据同塔三相或同相双串复合绝缘子对应部位的温差进行比较分析，此时的温差是指三相或双串复合绝缘子热像图中对应部位最高温度点的差值，温差小于1K，则认为设备正常，温差大于1K时，登塔复测。本方法提高了复合绝缘子的检测效率，提升了复合绝缘子绝缘缺陷判断的准确率。
Description
技术领域
本发明涉及复合绝缘子带电检测领域，尤其涉及对500kV线路复合绝缘子故障检测的一种基于红外精确测温的复合绝缘子绝缘缺陷检测方法。
背景技术
自2008年至今，山东电网已发生5次500kV输电线路复合绝缘子断裂事故，其中2008年1次、2011年3次、2012年1次，这5次事故的故障复合绝缘子断裂情况基本相同，护套存在不同程度的裂纹和击穿孔，芯棒断裂面不整齐，呈扫帚状，为芯棒普通断裂状态，不是脆断，分析认为复合绝缘子导线侧内部绝缘存在缺陷。为保证输电线路的安全运行，采取简单有效的检测手段来发现复合绝缘子的内部绝缘缺陷已成为迫切需要解决的问题之一。
交流复合绝缘子为电压致热型设备，某处绝缘存在缺陷(内部绝缘缺陷、护套老化受损等)时，该部位会存在局部放电，引起复合绝缘子局部温度的升高。因此，根据发热现象能发现交流复合绝缘子的局部破损和放电缺陷。红外测温技术就是利用这一机制，根据运行中复合绝缘子不同部位的发热情况来判断绝缘子是否存在绝缘缺陷。
某公司自2008年开始在500kV输电线路上开展红外测温，并于2011年将红外测温应用于直升机航巡中，对52条500kV输电线路巡视，检测出54支存在绝缘缺陷的复合绝缘子。实践证明，红外测温技术是发现复合绝缘子内部缺陷的有效手段。
目前，国内输电线路复合绝缘子红外测温技术在各运行维护单位普及程度还不是很高，部分单位参照标准DL/T 664—2008《带电设备红外诊断应用规范》制定了操作规程及作业指导书，但针对输电线路复合绝缘子的现场检测要求还有很多不完善之处，尚无统一的适用于输电线路复合绝缘子的红外检测方法。有时现场检测异常的复合绝缘子取回实验室检测并无内部缺陷，这与检测时的线路运行情况、气象条件等因素有关。目前的现场检测中存在一定比例的误判，需要对现场检测的要求和判断方法进一步完善。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于红外精确测温的复合绝缘子绝缘缺陷检测方法，更加有效的判断复合绝缘子是否存在绝缘缺陷，降低误判率，提高了复合绝缘子的检测效率，提升了复合绝缘子绝缘缺陷判断的准确率。并且给出了仪器的选择方法，检测环境及检测位置的选择。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于红外精确测温的复合绝缘子绝缘缺陷检测方法，
检测同塔三相或同相双串复合绝缘子时，利用红外热像仪拍摄的红外测温图像判断复合绝缘子是否存在绝缘缺陷的方法步骤为：
(1)根据热像图中不同颜色代表的不同温度，判断该复合绝缘子上是否存在发热异常部位，如果不存在，则认为设备正常，如果存在发热异常部位，则进入步骤(2)；
(2)比较发热异常部位最高温度与环境温度的温差，以复合绝缘子串中部最低温度作为参考环境温度，如大于设定的温度阈值5K，则复合绝缘子存在绝缘缺陷，如小于设定的温度阈值5K，再进入步骤(3)；
(3)进行同类比较，根据同塔三相或同相双串复合绝缘子对应部位的温差进行比较分析，此时的温差是指三相或双串复合绝缘子热像图中对应部位最高温度点的差值，温差小于1K，则认为设备正常，温差大于1K时，登塔复测。
登塔复测的具体方法为：
登塔复测时，作业人员需身穿屏蔽服，爬到铁塔上与地面测温发现的发热部位水平的位置，根据登塔检测得到的图像，按照所述步骤(1)、(2)、(3)的方法重新判断；登塔复测时红外测温仪器使用40mm镜头。
不登塔测试时红外热像仪使用131mm镜头，视场角7°×5.3°，空间分辨率0.2mrad。所拍的图像清晰，大伞裙轮廓清楚，能从图像上得知过热点位置的镜头；
利用红外热像仪对被测设备进行检测时天气条件应满足：环境温度高于或等于5℃，相对湿度小于或等于85％，风速小于或等于0.5m/s；雨后进行检测时，复合绝缘子至少经过1整天太阳照射，表面干燥时进行。检测期间天气为阴天、夜间或晴天日落2h后图像质量为佳，不应在雷、雨、雾、雪气象条件下进行，天气为阴天、多云时，阳光虽不能直射复合绝缘子，但在正午前后，由于大气温度升高，仍会引起复合绝缘子表面温度升高，当表面温度接近或高于地面温度后，测温结果将不能反映复合绝缘子的真实发热情况。因此即使在阴天天气，也应在日落后进行检测。
检测位置距离杆塔在50—100m范围内，利用红外测温仪器拍摄时保证复合绝缘子在热像仪画面中的中央位置，且与背景区别开，避开视线中的遮挡物，复合绝缘子不与铁塔重叠，下端不与导线重叠且与均压环重叠部分最少，复合绝缘子位于热像仪画面并位于中央，应尽量减少伞裙重叠，与复合绝缘子正下方保持一定水平距离。避免热辐射源及强电磁场的干扰，被检测设备周围应具有均衡的背景辐射，防止热辐射源及强电磁场影响红外热像仪正常工作。
检测距离参考热像仪的识别距离选择。红外热像仪能够准确测量目标温度一般需要9个像素，而识别只需要4个像素，所以大致的识别距离就可以计算出来。具体计算公式：识别距离＝目标长度或高度/(空间分辨率×像素数)。
本发明的有益效果：
本发明提出电压致热型复合绝缘子采用同类比较和热像图特征结合的方法判断是否异常发热，并给出了仪器镜头的选择、检测环境的选择及检测位置的确定方法，大大的降低了复合绝缘子过热的误判率，提高了复合绝缘子的检测效率，提升了复合绝缘子绝缘缺陷判断的准确率。
附图说明
图1为过热复合绝缘子测温图像，
其中(a)为40mm镜头过热复合绝缘子测温图像，(b)为131mm镜头过热复合绝缘子测温图像；
图2为复合绝缘子热像图，
其中(a)为雨后4小时的复合绝缘子热像图，(b)晴天地面复测复合绝缘子热像图，(c)晴天登塔复测复合绝缘子热像图；
图3为不同距离的热像图，
其中(a)为32m距离的热像图，(b)为40m距离的热像图，(c)80m距离的热像图，(d)为125m距离的热像图；
图4为一支存在绝缘缺陷的复合绝缘子典型热像图；
图5为同一基铁塔上的三相复合绝缘子热像图，每相为单串，
其中(a)为左相复合绝缘子热像图，(b)为中相复合绝缘子热像图，(c)右相复合绝缘子热像图；
图6为同一基铁塔上的三相复合绝缘子热像图，每相为双串，
其中(a)为上相复合绝缘子热像图，(b)为中相复合绝缘子热像图，(c)下相复合绝缘子热像图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
基于红外精确测温的复合绝缘子绝缘缺陷检测方法，
检测同塔三相或同相双串复合绝缘子时，利用红外热像仪拍摄的红外测温图像判断复合绝缘子是否存在绝缘缺陷的方法步骤为：
(1)根据热像图中不同颜色代表的不同温度，判断该复合绝缘子上是否存在发热异常部位，如果不存在，则认为设备正常，如果存在发热异常部位，则进入步骤(2)；
(2)比较发热异常部位最高温度与环境温度的温差，以复合绝缘子串中部最低温度作为参考环境温度，如大于设定的温度阈值5K，则复合绝缘子存在绝缘缺陷，如小于设定的温度阈值5K，再进入步骤(3)；
(3)进行同类比较，根据同塔三相或同相双串复合绝缘子对应部位的温差进行比较分析，此时的温差是指三相或双串复合绝缘子热像图中对应部位最高温度点的差值，温差小于1K，则认为设备正常，温差大于1K时，登塔复测。
登塔复测的具体方法为：
登塔复测时，作业人员需身穿屏蔽服，爬到铁塔上与地面测温发现的发热部位水平的位置，根据登塔检测得到的图像，按照所述步骤(1)、(2)、(3)的方法重新判断；登塔复测时红外测温仪器使用40mm镜头。
不登塔测试时红外热像仪使用131mm镜头，视场角7°×5.3°，空间分辨率0.2mrad。所拍的图像清晰，大伞裙轮廓清楚，能从图像上得知过热点位置的镜头；从附图1可以很好的比较两种镜头的优劣。先后用40mm镜头和131mm镜头对存在过热缺陷的同一支复合绝缘子进行了检测，检测距离53m，环境温度26℃，相对湿度76％，硅橡胶材料辐射率为0.95，测温图像如附图1所示。从图像可以看出，40mm和131mm两种镜头在温度的测量上差别不大，但后者图像比前者清晰的多，大伞裙轮廓清楚，可从图像上得知过热点位置。两种镜头在检测距离满足要求的情况下，均可用于检测复合绝缘子是否存在绝缘缺陷，但要确定过热点位置，需要使用131mm镜头。
利用红外热像仪对被测设备进行检测时天气条件应满足：环境温度高于或等于5℃，相对湿度小于或等于85％，风速小于或等于0.5m/s；雨后进行检测时，复合绝缘子至少经过1整天太阳照射，表面干燥时进行。检测期间天气为阴天、夜间或晴天日落2h后图像质量为佳，不应在雷、雨、雾、雪气象条件下进行，天气为阴天、多云时，阳光虽不能直射复合绝缘子，但在正午前后，由于大气温度升高，仍会引起复合绝缘子表面温度升高，当表面温度接近或高于地面温度后，测温结果将不能反映复合绝缘子的真实发热情况。因此即使在阴天天气，也应在日落后进行检测。
在现场检测中发现，在雨停后阴天、大气湿度低于85％的条件下测温发现会有较多复合绝缘子发热异常，而在晴好天气、日落后复测却无异常。以某500kV输电线路复合绝缘子为例，热像图见图2(a)为雨后4小时测量，复合绝缘子导线侧最高温度达25.1℃，正常部位温度19.7℃，导线侧局部发热明显；(b)为晴好天气地面复测，复合绝缘子导线侧最高温度27.5℃，正常部位温度26.5℃；(c)为晴好天气登塔复测，复合绝缘子导线侧最高温度29℃，正常部位温度28℃。
该复合绝缘子在雨后阴天测量，最高温度点比正常部位高出5.4℃，而在经过1个晴天于日落后复测却无异常。该复合绝缘子已积污10年，表面污秽较重，在污秽受潮的情况下，导线侧局部绝缘电阻降低，泄漏电流增大，表面温度升高；而当表面干燥后，这种表面发热现象就会消失。可以断定，该复合绝缘子绝缘状况良好，雨后测量的温差是由表面污秽受潮引起发热造成的，而不是绝缘劣化，这种发热极易造成复合绝缘子是否存在内部绝缘缺陷的误判。
在雨后阴天的检测中，仍会有多数复合绝缘子无异常发热现象，复合绝缘子表面污秽受潮并不一定都会引起表面温度上升，这与复合绝缘子表面积污程度和污秽的受潮程度有关，只有当表面积污达到一定程度且污秽受潮到一定程度，才会引起复合绝缘子发热异常。不能在雨后对复合绝缘子现场红外检测，至少在保证复合绝缘子经过1整天太阳照射，复合绝缘子表面干燥时才能检测。
检测位置距离杆塔在50—100m范围内，利用红外测温仪器拍摄时保证复合绝缘子在热像仪画面中的中央位置，且与背景区别开，避开视线中的遮挡物，复合绝缘子不与铁塔重叠，下端不与导线重叠且与均压环重叠部分最少，复合绝缘子位于热像仪画面并位于中央，应尽量减少伞裙重叠，与复合绝缘子正下方保持一定水平距离。避免热辐射源及强电磁场的干扰，被检测设备周围应具有均衡的背景辐射，防止热辐射源及强电磁场影响红外热像仪正常工作。
检测距离参考热像仪的识别距离选择。红外热像仪能够准确测量目标温度一般需要9个像素，而识别只需要4个像素，所以大致的识别距离就可以计算出来。具体计算公式：识别距离＝目标长度或高度/(空间分辨率×像素数)。
红外热像仪能够准确测量目标温度一般需要9个像素，而识别只需要4个像素，所以大致的识别距离就可以计算出来。具体计算公式：识别距离＝目标长度或高度/(空间分辨率×像素数)。
以某500kV线路为例，复合绝缘子结构高度一般为4360mm，大小伞结构，两个大伞之间距离约100mm，相邻大伞与小伞间距离约50mm。现场地形环境复杂，地面检测不可避免会出现大小伞重叠，但至少能识别绝缘子大伞裙，即两个大伞，计算得出40mm和131mm镜头识别距离分别为38.5m和125m。
从某500kV线路现场检测情况来看，现场能达到的最近测温距离为32m，如附图3(a)，采用40mm镜头的测温图像中复合绝缘子伞裙已难以分辨。同时，对采用131mm镜头三个不同距离检测得到的测温图像进行了比较，如附图3(b)、(c)、(d)，距离40m时伞裙重叠严重，80m时图像清晰度良好，125m时图像模糊勉强能分清大伞裙。
考虑到500kV铁塔高度大多为50m左右，三相复合绝缘子悬挂高度一般在20—50m，结合现场图像分析，现场红外测温使用131mm镜头，检测距离在50—100m范围内最佳。
正常运行的复合绝缘子因电场分布的原因，沿整串的温度分布应呈近似平滑的“U”型，“两头高，中间低”，存在绝缘缺陷的复合绝缘子温度分布会出现尖峰值，反映在热像图上，存在绝缘缺陷部位的颜色会与上下相邻的伞裙颜色不同。图4为一支存在绝缘缺陷的复合绝缘子的热像图，根据热像图中不同颜色代表的不同温度，可以直观的发现该复合绝缘子靠近导线侧存在两个发热异常部位，这两个部位最高温度与环境温度的温差分别为3.7K和30K，可以断定该复合绝缘子存在绝缘缺陷；对该复合绝缘子更换后检查，靠近导线侧的发热部位护套已破损，芯棒外露。
图5(a)、(b)、(c)为某500kV输电线路铁塔左、中、右三相复合绝缘子的红外测温图像，从热像图上看，左、右相复合绝缘子靠近导线侧均有一个发热异常部位，最高温度与环境温度的温差分别为2.7K和1.7K；现在进行同类比较，三相复合绝缘子靠近导线侧最高温度分别为21.9℃、20.9℃和21.2℃，左相与中相温差1K，中相与右相温差0.3K，因此认为这三支复合绝缘子运行正常。
图6(a)、(b)、(c)为某500kV输电线路铁塔上、中、下三相复合绝缘子的红外测温图像，三相都采用双串，从热像图上看，六支复合绝缘子靠近导线侧均存在发热异常部位，最高温度与环境温度的温差最大为2.6K。现在进行同类比较，上相两支复合绝缘子最高温度分别为20.1℃和20.9℃，中相两支复合绝缘子最高温度分别为21.5℃和21.9℃，下相两支复合绝缘子最高温度分别为21.2℃和22℃，上相与中相温差最大1.8K，中相与下相温差最大仅0.5K，中相与下相复合绝缘子最高温度点比上相温差大于1K；但是比较同相双串，上、中、下三相温差分别为0.8K、0.4K和0.8K，这种情况下，不能认为中相与下相复合绝缘子存在绝缘缺陷，需要根据登塔复测的结果进行确认。复合绝缘子空间位置不同、三相电流的不同以及测温时的天气情况都可能造成这种现象，容易引起误判。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.基于红外精确测温的复合绝缘子绝缘缺陷检测方法，其特征是，检测同塔三相或同相双串复合绝缘子时，利用红外热像仪拍摄的热像图判断复合绝缘子是否存在绝缘缺陷的方法步骤为：
(1)根据热像图中不同颜色代表的不同温度，判断该复合绝缘子上是否存在发热异常部位，如果不存在，则认为设备正常，如果存在发热异常部位，则进入步骤(2)；
(2)比较发热异常部位最高温度与环境温度的温差，以复合绝缘子串中部最低温度作为参考环境温度，如大于设定的温度阈值C，C>1，则复合绝缘子存在绝缘缺陷，如小于设定的温度阈值C，C>1，再进入步骤(3)；
(3)进行同类比较，根据同塔三相或同相双串复合绝缘子对应部位的温差进行比较分析，此时的温差是指同塔三相或同相双串复合绝缘子热像图中对应部位最高温度点的差值，温差小于1K，则认为设备正常，温差大于1K时，登塔复测；
所述(2)中设定的温度阈值C为5K。
2.如权利要求1所述基于红外精确测温的复合绝缘子绝缘缺陷检测方法，其特征是，所述(3)中登塔复测的具体方法为：
登塔复测时，作业人员需身穿屏蔽服，爬到铁塔上与地面测温发现的发热部位水平的位置，根据登塔检测得到的图像，按照所述步骤(1)、(2)、(3)的方法重新判断。
3.如权利要求1所述基于红外精确测温的复合绝缘子绝缘缺陷检测方法，其特征是，登塔复测时红外热像仪使用40mm镜头。
4.如权利要求1所述基于红外精确测温的复合绝缘子绝缘缺陷检测方法，其特征是，红外热像仪使用131mm镜头，视场角7°×5.3°，空间分辨率0.2mrad。
5.如权利要求1所述基于红外精确测温的复合绝缘子绝缘缺陷检测方法，其特征是，
进行红外精确测温的天气条件为：环境温度高于或等于5℃，相对湿度小于或等于85％，风速小于或等于0.5m/s。
6.如权利要求1所述基于红外精确测温的复合绝缘子绝缘缺陷检测方法，其特征是，雨后进行检测时，复合绝缘子至少经过1整天太阳照射，表面干燥时进行；阴天时，在日落后进行红外测温。
7.如权利要求1所述基于红外精确测温的复合绝缘子绝缘缺陷检测方法，其特征是，
进行红外精确测温的检测位置为距离杆塔在50—100m范围内。
8.如权利要求1所述基于红外精确测温的复合绝缘子绝缘缺陷检测方法，其特征是，利用红外热像仪拍摄时保证复合绝缘子在热像仪画面中的中央位置，且与背景区别开，避免热辐射源及强电磁场的干扰。
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