关键词：复合绝缘子；红外热像图；绝缘缺陷；在线检测；击穿；发热机理
Abstract：The insulation breakdown fault and brittle fracture of composite insulators can be avoided efficiently by Oilline inspecting defects．The insulation breakdown fault of composite insulators in service was introduced．and probable reasons of insulator heating were analyzed．Through taking the thermograph of tWO kinds of defect composite insulators in the laboratory．one from the site and another by simulating．three kinds of abnormal heating principle and phenomena were studied，such as the heat caused by partially internal discharge，the heat caused by medium loss with infiltration of humidity and the heat caused by insulation resistance decrease with severely aged insulator ring．Based on the infrared images of the composite insulators containing simulated defects and those containing real defects．these images with both electric Held distribution curves and dissection results were compared and analyzed．The research results show that the three heating phenomena are ordinary and representative．and the third one is the main heating mechanism of the composite insulators used in transmission lines．The general reason that the composite insulators produce heat is explained．The investigation result is help for inspecting the electrified composite insulator． 来源:http://tede.cn
Key words：composite insulator；infrared thermal image；insulator defects；on-line inspection；breakdown；heating Mechanism
0 引 言
随着复合绝缘子在我国的应用数量越来越多，因复合绝缘子发生故障而造成的经济损失数额也越来越大D-s3。我国一些电力公司曾发生过多次因复合绝缘子内绝缘缺陷引起的贯穿性击穿和脆断事故，许多运行中的复合绝缘子有异常发热现象，5OOkV线路复合绝缘子也发生过多起芯棒断裂事故。据统计，截止1999年初，全国挂网运行总数复合绝缘子的故障率为5．3×10～ ，故障总次数为231次，年故障率统计< 1×1O～ ，其中内绝缘故障占6．9 。这几年随着绝缘子数目及运行年限的增加，故障有所增加。如2001-11-04，220kV 罗佛线24杆和2002-03—19，22OkV佛南线#60杆的B相复合绝缘子界面处贯穿性击穿导致线路跳闸；2002一ll一23，5OOkV罗北甲线发生了 57塔A 相的复合绝缘子断裂，造成导线落地重大事故。
2001—11起统计佛山系统≥22OkV的复合绝缘子，并采用红外测温法登杆抽查，分析304支热图像，发现54支有发热现象，劣化率为17．8 。检测挤包护套工艺的产品257支，其中有缺陷58支，劣化率为22．6%。
复合绝缘子在运行过程中，绝缘物质的变化往往与发热有联系。局部放电、泄漏电流流过绝缘物质时的介电或电阻损耗都可引起绝缘子局部温度升高[1 “]。根据发热现象，发现复合绝缘子局部破损和放电缺陷，但其发热程度微小，若不凭借合适的仪器则不能察觉。红外热像法利用红外线测温技术将物体的温度转换成图像显示在测温仪的屏幕上，用不同的灰度或颜色代表不同的温度，直观显示温度信息[1 。该法不需操作人员接触复合绝缘子，可在地面或塔身利用红外成像仪器拍摄绝缘子温度图片，且简单安全。
目前针对复合绝缘子发热机理的认识仍较模糊，难以解释许多异常发热现象。另外，复合绝缘子的异常发热现象与绝缘缺陷问存在一定的对应关系，目前未见详细报道。故有必要研究复合绝缘子发热机理及其复合绝缘子异常发热现象与绝缘缺陷的对应关系，形成一套红外热像法带电检测复合绝缘子的技术方案，以指导现场实际操作。
1 局部放电导致发热
理论上，当绝缘子外护套或芯棒破损后，水分潮气可渗入其中，电场和化学作用下侵蚀芯棒，形成炭化通道，减小绝缘子的有效绝缘距离，最终导致芯棒断裂。此过程中，破损部位往往存在局部强场引发局部放电。每一个局部放电都伴有微小的电流脉冲或电子崩，不但破坏材料本身的化学结构使其炭化，且使绝缘材料温度升高，加剧绝缘破坏。
良好绝缘子在正常运行电压下不会在绝缘材料中发生局部放电，但在污秽状况下，表面可能局部放电，其放电所产生的热量易散失，只有绝缘材料内部的局部放电才可能积累足够的热量。当复合绝缘子产生缺陷后，缺陷部位易形成局部强场，产生局部放电。在实验室中对含有缺陷的3只绝缘子施加交流电压，其型号分别是：佛电 1（在护套与芯棒的交界面上有一直径1．2ram、长15cm的细铜丝，且与高压金属接头相连），佛电 3（在护套与芯棒间嵌有长15cm 的细铜丝，距高压端金属接头9cm）和佛电 4（高压侧第1片伞与高压金属接头间的护套在实验室中长期放置后开裂，估计因水分渗入原先被部分破坏的护套后使芯棒膨胀而撑开护套）。分别对这3只绝缘子施加6OkV交流电压10min后拍摄热像图（见图1），图中SP表示绝缘子正常部分的某点，AR表示绝缘子缺陷部分的区域。
由图1可见，佛电 1的发热点在铜丝端部，佛电 3无异常发热点，佛电 4的发热点在缺陷部位。佛电 1和 4的缺陷连通或接近高压端，加压时有强烈的放电声，佛电 3的缺陷在绝缘子中部且无电晕。为了进一步证实这些发热由局部放电引起，对佛电 4施加更高电压，并从接地线50012电阻上提取测量放电脉冲。提高电压后局部放电脉冲的最大幅值由原来50mV增加到400mV，放电声音增大许多倍，发热温度也相应提高了（见图1（d））。
用铜导线将原来不发热的良好的佛电 5高压侧第1、2伞裙短接，并与高压金具连接，加压后听到强烈的电晕声，其热像图见图2（a），发热点仍在缺陷端部。仅短路第2伞时，导线处于悬浮电位无电晕，故不发热，见图2（b）。故绝缘子内部放电或外部强烈的放电能引起局部放电位置发热。
2 水分介质损耗导致发热
水是强极性物质，具有相当高的介电常数，当处于交变电场时，水分子随电场方向的改变不断转向，即反复极化。水分子转向时相互问的磨檫将产生能量损耗（介电损耗）并转化为热量，使水分的温度上升。故破损部位缝隙里的水分在交流电场中会因介电损耗而发热。
向佛电 4绝缘子的缺陷部位注入盐水（其热像图见图3（a）），发热比未注水时明显。注入更多水分，发热更明显（见图3（b））。这一结论能够解释一些绝缘子在不同时间检测到的发热程度具有较大差异的现象，但水分的蒸发会降低其温度。在佛电 4 绝缘子护套上打孔注水，拍摄热像图见图3（b），其中ARO2中心部位为打孔注水部位，其温度比周围低，这是因渗入缺陷的水分同时具有发热和散热效应，当水分导致发热效应小于散热效应时，温度下降。故对绝缘子表面温度的影响较为复杂。
3 绝缘老化电阻发热
正常情况下复合绝缘子的绝缘介质电阻非常大，流过绝缘子的泄漏电流仅处于 A级。当某处绝缘材料电阻下降到某一范围后，原先均匀分布的泄漏电流则集中流过该处，导致该处电阻损耗大于别处，从而出现局部发热。
泄露电流流过绝缘子表面电阻时，会产生焦耳热，使其表面温度升高。若要使局部突出发热，则该处的电阻需满足一定条件。对于不同表面状况的绝缘子，最佳发热电阻数值也不同。
在佛电 5绝缘子的第5、6伞间接40Mfl电阻，电阻两端分别用铜丝绕绝缘子芯棒一周，使表面泄露电流全部流过电阻。加压后微弱发热，见图4（a）。若用胶带包裹电阻，则热量不易散失，发热比无胶带时明显，见图4（b）。同时，将同样的胶带缠绕在第4、5伞间的芯棒上，以研究胶带的影响。结果发现胶带不能引起发热。
对于实际缺陷的电阻发热现象，研究来自现场的220kV良小线 10+2塔中相（B）绝缘子。其金属端头上有许多毛刺，在正常运行电压下有电晕声，第1伞下部护套在长期电晕侵蚀下已严重老化发白，其单位长度的绝缘电阻下降到50G～／m，而正常部分>250GQ／m。其热像图见图5（a），护套老化部位明显发热。
为了确定发热由老化的护套引起而不是由芯棒引起，剥去这部分护套，重新加压拍摄热像图见图5（b）。绝缘子第1伞下部不再发热，但此时高压金属端头异常发热。
上述实验表明，合适的低电阻会引起绝缘子局部发热，且发热部位是绝缘电阻降低的部位。来自现场的5支复合绝缘子都具有与良小线 10+2塔
中相（B）绝缘子相同的发热现象，则视其发热机理是现场绝缘子发热的主要原因。另外，在不利于散热的外界条件下当绝缘子表面泄露电流足够大时，绝缘子会大范围发热。绝缘子表面污秽在一些情况可能在某处形成低电阻引起电阻发热，使该处温度较别处高，形成虚假的发热现象。
4 结 论
a）当绝缘子缺陷中存在内部局部放电时，则将引起绝缘子发热。高压端导通性缺陷较容易在缺陷端部产生局部放电，引起该处发热。中部缺陷和一些高压端缺陷不产生明显的局部放电，不会发热。
b）渗入缺陷的水分一方面因介质损耗引起绝缘子发热，另一方面蒸发散热，故水分对绝缘子发热现象的影响较为复杂。高压端导通性缺陷中渗入水分时，发热因素大于散热因素，绝缘子温度升高。水分越多，发热越严重。
c）绝缘子护套严重老化后，绝缘电阻剧烈下降所致电阻损耗发热是现场绝缘子的主要发热机理。
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