浅谈红外检测诊断技术在500kV输电线路上的应用

摘 要：本文结合500kV输电线路红外检测诊断实际工作经验，运用同业对标的理念，从应用范围、发热机理、应用现状、如何提高测量诊断准确性等方面进行分析，对照红外检测诊断技术要求，找出影响红外检测诊断技术应用的关键因素，采取相应对策，促进500kV输电线路红外诊断工作的开展。

关键词：红外检测诊断；500kV；输电线路；应用

中图分类号：TM755 文献标识码：A

1 引言

电力线路运行状态的在线检测和故障诊断，是实现预防性向预知性状态检修过渡的主要手段，对提高线路运行可靠性和有效度，提高电力系统运行经济效益，降低维修成本等具有重要的意义。随着红外技术成熟完善，红外检测有远距离、不接触、准确、实时、快速等特点，在不停电、不取样、不解体情况下，快速在线检测和诊断电力设备大多数故障，备受电力行业重视，并快速发展。但和国外相比，还处于初级阶段，有必要深入研究。

2 红外检测诊断技术在线路上的应用范围在500kV交流输电线路上的应用

（1）接续管、补修管、耐张线夹等导线连接件的缺陷诊断。（2）瓷质悬式或棒形绝缘子的缺陷诊断。（3）合成绝缘子、绝缘工具等高压复合材料的内部潜伏性缺陷和绝缘电老化的检测。

3 输电线路设备发热机理及异常原因

3.1接续管、补修管、耐张线夹等导线连接件的发热机理及异常原因

（1）发热机理：它们常在设备外部部位，属于外部缺陷，电流致热型缺陷。发热主要机理是P=I2R，包括因电阻损耗热效应而产生的热，从大气及太阳辐射中吸收的热和以对流形式向大气散热。（2）异常原因：由于接触电阻R异常增加产生，主要情况有：导电回路连接结构设计不合理；接触表面的平整和氧化问题；接触表面间连接质量问题；接触面间局部放电会使导电连接体温度增加。接触部分电阻升高使电阻率随温度而变化，电阻率升高，接触电阻进一步增加。

3.2 瓷质绝缘子的发热机理和异常原因

（1）瓷质绝缘子的发热机理主要包括三部分。交流电压作用下绝缘介质极化效应引起介质损耗发热，绝缘子内部穿透性泄漏电流引起的发热和表面爬电泄漏电流引起发热。这三部分发热与该片绝缘子上分布电压有关，而分布电压与绝缘电阻值相关。（2）瓷质绝缘子发热异常原因主要是绝缘电阻劣化和表面污秽。

3.3合成绝缘子、绝缘工具等高压复合材料的发热机理和异常原因

（1）合成绝缘子的缺陷发热主要分为两类，内部层间气隙缺陷和绝缘材料的电老化。内部层间气隙的发热原理是带有内部缺陷的绝缘管件在使用中，由于受高电压产生的强电场作用，气体比固体电气击穿强度小，会发生内部局部放电击穿，伴随热量产生。传递到绝缘材料表面，使表面局部温升。（2）绝缘材料的电气老化的发热机理是出现绝缘电老化的高压绝缘工具和绝缘部件在高电压作用下产生沿面放电。（3）异常原因有内部受潮，内部有气隙，绝缘材料电老化等。

4 带电设备红外诊断技术在500kV交流输电线路上应用的现状

4.1 500kV交流输电线路与红外测温有关的基本参数

4.1.1 常用导线型号和导线连接件型号，材质，制作工艺。500kV交流输电线路常用导线型号有LGJQ300 、LGJQ400、 LGJ300/40 、LGJ400/35，外径23.7～27.36mm；常用导线压接管有JYD-300、JYD-400等，外径40～45mm；常用耐张线夹型号有NY-300、NY-400/35等，外径40～45mm，由钢管和铝管组成。钢管采用含碳量低的钢或10号优质无缝钢铝管，铝管采用纯度不低于99.5的铝经拉制而成。采用液压连接方式，压缩前管截面为圆形，压缩后为正六角形，六角形对边尺寸应为管外径0.866倍。

4.1.2 常用红外测温仪器种类。

用于电力设备故障红外检测诊断的红外测温仪器主要有红外测温仪、红外热电视和红外成像仪三类。在测温精度、测量范围、空间分辨率等参数方面相差较大。如美国产ThremaCAMP65型红外成像仪的空间分辨率为1.3mrad。以压接管直径40mm为例，检测有效距离为0.04/1/0.0013=30.7m，不能满足现场较高塔型红外测温的需要。

4.2 常用诊断方法。

按技术指标分五种：表面温度判断法、相对温差判断法、同类比较法、热谱图分析法和档案分析法。针对不同检测对象，判断方法可以混合使用。

4.2.1 目前我国有关书籍、规程电流致热性缺陷主要判断依据

（1）DL/T5092-1999第7.0.2条：验算导线允许载流量时，导线的允许温度：钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线用+70℃（大跨越可用+90℃）；钢芯铝包钢绞线用+80℃（大跨越可用+100℃），或经试验决定；镀锌钢绞线可采用+125℃。环境气温应采用最高气温月的最高平均气温；风速0.5m/s（大跨越0.6m/s）；太阳辐射功率密度应用0.1W/cm2。（2）《电力金具手册》第1.3条：a.导线接续处两端点间的电阻应不大于同样长度导线电阻；b.导线接续处的温升不大于被接续导线温升。（3）DL/T741-2001第4.4.d.1条：出现接续金具温度高于导线温度高于10℃，跳线联板温度高于导线温度10℃时应及时处理。（4）DL/T664—1999《带电设备红外诊断技术应用导则》、《架空送电线路状态检修实用技术》及浙江省电力公司《架空送电线路状态维修技术规范》中判据相同。如表1所示。（5）《电力设备故障红外诊断》：架空高压线路导线连接件故障判定标准可参照GB763-90《交流高压电器在长期工作中的发热》的有关规定执行，或者当用接头相对线路导线温升判别时，在与GB763-90规定不冲突的情况下，凡对线路导线的温升经电流密度修正、风速修正以及距离修正后，高于30℃的连接件，均应判为不合格。

4.2.2 目前我国对瓷质绝缘子等电压致热性缺陷主要判断依据

（1）DL/T741-2001：500kV绝缘子运行中电阻值不应低于500MΩ。（2）DL/T664-1999：正常瓷绝缘子串的温度分布同电压分布规律对应，即呈不对称马鞍型，相邻绝缘子间温差小。低值绝缘子的热像的特征是钢帽温升偏大，零值绝缘子是钢帽温升偏低，污秽绝缘子表现为瓷盘温升偏大。（3）《电力设备故障红外诊断》：低质绝缘子运行中的热像特征是以钢帽为中心的热像。零值绝缘子的热像特征是与良好绝缘子相比呈暗色调的热像。红外检测盲区的绝缘子因与相邻良好绝缘子相比无明显温升，特征与良好绝缘子相近，无法借助热像直接做出诊断。污秽严重的绝缘子热像特征是瓷盘温升明显高于无污秽绝缘子瓷盘温升的热像。它和低值绝缘子的区别是低值绝缘子的热像中的最热点在绝缘子的钢帽上，而污秽绝缘子热像的最热点在瓷盘上。

4.2.3 目前我国对合成绝缘子等电压致热性缺陷主要判断依据

（1）DL/T664-1999 ：正常支持绝缘子在靠近导线处有轻微发热，异常绝缘子则表现为整体或局部明显发热。（2）《电力设备故障红外诊断》：用红外热像仪监测到局部温升大于0.5～1℃以上的局部绝缘发热区，应结合电力试品结构、生产工艺、材料、使用情况及其他检测试验结果，评价绝缘性能及其危害程度。如果发现大面积局部绝缘发热区和电老化区，局部温升大，则该试品存在严重绝缘缺陷或老化现象，应判定为不合格产品。

4.3 测量的实际环境条件

500kV线路常分布于空旷的原野、陡峭的山岭或污染严重的工业区之中，受天气、工业粉尘影响大。如检测时间为晴天日出或日落后2小时，其他时间不宜检测，工时利用率低。被测对象点多面广，数量众多，使用单台仪器测量时，周期长，不能按期完成。配置多台仪器时，造成人员设备闲置。还有如位于深谷地形特殊线段，现有仪器探测不到，被测对象无有效监控。建成的500kV线路长处于运行状态，备用线路几乎没有。

5 目前带电设备红外诊断技术在500kV交流输电线路上应用的现状分析及要因确认带电设备红外诊断包含了“诊”与“断”两部分内容。采用红外测温仪器检测运行中电气设备表面发射的红外辐射，即测温，简称“诊”；将检测结果进行分析、计算、对照判据确定设备工况是否正常、对存在异常的进一步确定其缺陷的性质，称为“断”。因此，带电设备红外诊断有两个关键点：一是测量准确；二是判据明确。对上述现状进行分析后，总结出实际红外测温工作中的难点及原因如下：

5.1 测量不准确。

（1）红外测温环境条件严格。（2）缺乏被测对象比辐射率的准确数据。（3）部分被测对象超出测量范围。

5.2 判据不明确。

5.2.1 压接管等电流致热型缺陷的判据难点

（1）表面温度法因检测条件达不到，即使经过修正，仍存在较大误差，一般不采用。（2）相对温差判断法有一个关键参数―环境参照体温度，用来采集环境温度的物体，具有与被测物相似的物理属性，且处在相同环境中。将它代替环境温度参与和相对温差计算，是消除辐射源最好方法。但实际生产中500kV备用线路几乎没有。（3）有的资料提到以距接续管1米处的导线为环境参照体，经电流密度修正、风速修正及距离修正后参与绝对温差和相对温差判断方法。从导线直径和压接管直径相差近1/3，缺乏实时电流密度数据，距离存在较大误差来看，此方法存在较大误差。（4）没有检测时线路负荷状态的数据。负荷状态是判据参数之一，资料表明，检测导流回路缺陷，尽量在满负荷状态下运行，负荷电流越大越好，负荷率不低于30%。检测输电线路时，线路电流密度不低于0.5A/mm2，最好到1A/mm2。电压缺陷检测时，要保证额定电压下运行，负荷电流越小越好。

5.2.2 瓷质悬式绝缘子和合成绝缘子等电压致热型缺陷的判据相对明确，可以与典型热谱图像对比看出。但合成绝缘子的图像因距离远、仪器空间分辨率等检测条件达不到要求存在判断困难。

6 提高带电设备红外诊断技术在500kV交流输电线路上应用准确性的相应对策

6.1 设置环境参照体，消除各种辐射源影响有两种方案：一、在不影响线路运行安全的情况下，在典型地段的典型杆塔上悬挂同型号的接续管，绝缘子可与非带电盐密监测点相结合。开展日常测量气象条件下的环境参照体温度变化规律的试验，取得规律变化参数。特点是需要另外增加设备，随时进行研究，研究周期短。二、用停电检修时机测量不带电的接续管，取得规律变化参数。特点是不用增加设备，但受停电计划限制，研究周期长。

6.2 测定压接管、瓷质绝缘子、合成绝缘子、瓷棒等被测对象的比辐射率。建议利用停电检修的时机，对比辐射率进行测定，找出合适的比辐射率参数。

6.3 收集有典型缺陷的红外图像，完善红外测温数据库，研究符合实际的明确判据及快速地判断方法，利用现有仪器设备，探索双回路等远距离目标的检测方法。

6.4 与网调、省调建立500KV交流线路负荷状况的传输渠道，适时指导生产。

6.5 购买测量距离更远分辨率更高的红外测温仪器，加强对测试人员的培训，熟练掌握仪器操作方法，探索巡线机器人在500kV交流输电线路上检测技术。

6.6 加强对500kV交流输电线路红外诊断工作的管理，建立一套适合我公司实际的管理方式和制度，确定合理的测试周期和缺陷跟踪处理流程，解决点多面广，数据库维护，被测对象不能完全有效监控等关键问题。

7 结论

7.1 设置环温参照体，收集典型缺陷的红外图像，完善红外测温数据库，用热谱图分析法、相对温差法和档案分析法结合判别架空输电线路热缺陷是一种较适用、合理的方法。

7.2 测定压接管、瓷质绝缘子、合成绝缘子等线路元件比辐射率是红外测温工作的基础，也是未来直升机巡视或机器人巡视一项必要的数据参数。

7.3 满足现场需要的测温仪器，必要的负荷状态数据，适合500kV超高压架空输电线路点多面广等实际情况的管理模式是红外测温的三大关键。

参考文献

[1]陈衡，侯善敬.电力设备故障红外诊断[J]，1999（01）.北京：中国电力出版社.

[2]应伟国.架空送电线路状态检修使用技术[J]，2004（08）.北京：中国电力出版社.