029-88169185
摘要：非制冷紅外成像技術經過多年發展已日趨成熟，應用領域越來越廣泛，特別是電網行業，紅外成像技術是當前最重要的檢測手段之一。本文結合紅外熱成像儀在電網絕緣子串檢測中的檢測實例，對紅外檢測絕緣子故障判斷方法進行了介紹，同時展現了創新技術——DDE數字細節增強在檢測中的神奇作用。
關鍵詞：紅外熱成像儀，DDE，低值絕緣子，零值絕緣子，污穢絕緣子
1、引言
絕緣子串是用來固定發電廠、變電站和高壓輸電線路導線的絕緣部件。在運行中由于內部機械應力、機電負荷、大氣污染等情況的影響而產生各種不同的缺陷。這些缺陷在運行中可能逐漸發展，如不及時檢出更換，在過電壓和工作電壓長期作用下勢必會造成事故，影響系統安全運行。
2、故障絕緣子的紅外診斷方法
2.1 故障絕緣子種類：
絕緣子故障主要是由絕緣電阻劣化和表面污穢引起。劣化絕緣子又分為低值絕緣子（由于機械負荷和高電壓的長期聯合作用而導致劣化，這都將使絕緣子擊穿電壓不斷下降，當下降至小于沿面干閃電壓時稱為低值絕緣子）和零值絕緣子（低值絕緣子的極限，即內部擊穿電壓為零時稱為零值絕緣子）。而所謂污穢絕緣子就是因環境嚴重污染引起表面泄露電流增大的絕緣子。
2.2 故障絕緣子的熱特征：
正常絕緣子串的分布電壓主要取決于絕緣子自身電容及其對地、對導線的雜散電容。與絕緣電阻值無關，并呈現不對稱的馬鞍形分布，因此，在投入運行時，絕緣子串的溫升也表現為不對稱的馬鞍形分布，即在絕緣子串的兩端溫度偏高，中間逐漸降低，溫度連續分布。
當絕緣子的性能劣化后，絕緣電阻減小，其分布電壓和發熱程度隨電阻減少而發生相應變化，見圖11。研究表明，正常的絕緣子絕緣電阻≥300MΩ（對應圖1中a點），這時絕緣子分布電壓恒定，并與阻值無關，所以表面相對于環境大氣溫升Δθ1也近似恒定；當開始劣化，電阻降為10~300MΩ（對應圖1中才c-a區間）時，其發熱功率大于正常絕緣子的發熱功率，溫升比正常絕緣子要高；當電阻降為5MΩ以下時，其上分布電壓很低，發熱功率小于正常絕緣子發熱功率，溫升比正常絕緣子低。因此低值絕緣子呈現以鋼帽力中心溫升偏高（亮如燈籠）的熱像；零值絕緣子呈現與相鄰良好絕緣子相比呈暗色調（負溫升）的熱像。
絕緣子表面出現嚴重污穢時，因瓷瓶表面污穢層使表面電阻降低，通過瓷盤表面的爬電泄露電流明顯增加，從而導致瓷盤表面溫升增高。因此，污穢嚴重的絕緣子熱像特征是瓷盤溫升高于無污穢絕緣子瓷盤溫升的熱像。通常情況下，由于故障絕緣子溫升非常微小，傳統熱像儀難以準確識別，必須采用高靈敏度熱成像儀以及圖像增強等方法進行故障檢測。
圖 1 劣化絕緣子的溫升及分布電壓隨絕緣電阻值的變化分析
3、使用DDE技術的紅外熱成像儀檢測實例
3.1 檢測工況
本文中使用我公司MAG40系列紅外熱成像儀對某地220V線塔的絕緣子串進行了紅外診斷。檢測工況如下：
3.2 巨哥電子創新技術——DDE數字細節增強
MAG40紅外熱成像儀融合了2X/4X紅外圖像數碼變焦功能和巨哥電子創新DDE數字細節增強技術，使得分析觀測更為可靠。紅外熱像圖其實是256階的偽彩圖，而實際的紅外數據信號要大于8位（如14位，>15000灰階），從而在一些高動態范圍的場景中，無法看清關注的低對比度目標。DDE算法均衡地增強了所有細節，無論目標處于怎樣地溫度范圍。
圖2a為我公司MAG40紅外熱成像儀拍攝的熱像圖，由于目標物體溫度高，而場景溫度為室溫，因此在這種大范圍溫度場景中，目標物體的細節不易凸顯。啟用DDE算法對物體進行拍攝如圖2b所示，物體細節得到顯著增強。因此DDE技術可以幫助電網人員在監測時更精確地定位低對比度目標。
圖2a 原始紅外熱像圖 2b 使用DDE后紅外熱像圖
3.3 故障實例
在此次檢測中，發現疑似絕緣子故障如下：
1. 圖3a是普通觀測模式下的紅外熱像圖，這時觀測到的絕緣子從熱圖上看溫度分布均勻，未有異常。但打開DDE功能和使用人工灰度拉伸后，圖像細節得到極大增強，問題便顯現出來：絕緣子串中部絕緣子的剛帽比周圍溫度都明顯偏高，疑似低值絕緣子。
圖3a 原始紅外熱像圖 3b 使用DDE后紅外熱像圖
2. 圖4按同樣方法處理，啟用DDE算法后，框出部分的絕緣子表現出與相鄰絕緣子相比呈暗色調（負溫升）的熱像，疑似零值絕緣子。
圖4a 原始紅外熱像圖 4b 使用DDE后紅外熱像圖
3. 圖5中框出部分為磁盤處，該磁盤處的溫度比周圍絕緣子磁盤溫度要高，疑似沾染污穢。
圖5 疑似污穢磁盤紅外熱像圖
4. 結束語
紅外成像法診斷劣化絕緣子與傳統的人工檢測項目相比有很多優點：勞動強度低，安全性高，效率高，不受電磁干擾影響等等，是快速排查故障的一種有效輔助手段。但故障絕緣子通常只產生微小的溫度差異，對使用熱成像儀進行故障判斷提出了很大挑戰。巨哥電子的MAG40紅外熱成像儀在采用高性能紅外探測器的同時，自主研發測溫物理模型和DDE圖像處理算法，大大提高了檢測的準確性。
參考文獻：
[1] 何佑. 高壓運行設備的紅外熱像診斷[J]. 華北電網技術,1989,9(1):3-9
