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红外热像仪DDE技术在绝缘子故障检测的应用

非制冷红外成像技术经过多年发展已日趋成熟,应用领域越来越广泛,特别是电力行业,红外成像技术是当前最重要的检测手段之一。本文结合红外热像仪在电力绝缘子串检测中的检测实例,对红外检测绝缘子故障判断方法进行了介绍,同时展现了创新技术——DDE数字细节增强在检测中的神奇作用。

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      摘要:非制冷红外成像技术经过多年发展已日趋成熟,应用领域越来越广泛,特别是电力行业,红外成像技术是当前最重要的检测手段之一。本文结合红外热像仪在电力绝缘子串检测中的检测实例,对红外检测绝缘子故障判断方法进行了介绍,同时展现了创新技术——DDE数字细节增强在检测中的神奇作用。
      关键词:红外热像仪,DDE,低值绝缘子,零值绝缘子,污秽绝缘子

      1、引言

      绝缘子串是用来固定发电厂、变电站和高压输电线路导线的绝缘部件。在运行中由于内部机械应力、机电负荷、大气污染等情况的影响而产生各种不同的缺陷。这些缺陷在运行中可能逐渐发展,如不及时检出更换,在过电压和工作电压长期作用下势必会造成事故,影响系统安全运行。

      2、故障绝缘子的红外诊断方法

      2.1 故障绝缘子种类:

      绝缘子故障主要是由绝缘电阻劣化和表面污秽引起。劣化绝缘子又分为低值绝缘子(由于机械负荷和高电压的长期联合作用而导致劣化,这都将使绝缘子击穿电压不断下降,当下降至小于沿面干闪电压时称为低值绝缘子)和零值绝缘子(低值绝缘子的极限,即内部击穿电压为零时称为零值绝缘子)。而所谓污秽绝缘子就是因环境严重污染引起表面泄露电流增大的绝缘子。

      2.2 故障绝缘子的热特征:

      正常绝缘子串的分布电压主要取决于绝缘子自身电容及其对地、对导线的杂散电容。与绝缘电阻值无关,并呈现不对称的马鞍形分布,因此,在投入运行时,绝缘子串的温升也表现为不对称的马鞍形分布,即在绝缘子串的两端温度偏高,中间逐渐降低,温度连续分布。

      当绝缘子的性能劣化后,绝缘电阻减小,其分布电压和发热程度随电阻减少而发生相应变化,见图11。研究表明,正常的绝缘子绝缘电阻≥300MΩ(对应图1中a点),这时绝缘子分布电压恒定,并与阻值无关,所以表面相对于环境大气温升Δθ1也近似恒定;当开始劣化,电阻降为10~300MΩ(对应图1中才c-a区间)时,其发热功率大于正常绝缘子的发热功率,温升比正常绝缘子要高;当电阻降为5MΩ以下时,其上分布电压很低,发热功率小于正常绝缘子发热功率,温升比正常绝缘子低。因此低值绝缘子呈现以钢帽力中心温升偏高(亮如灯笼)的热像;零值绝缘子呈现与相邻良好绝缘子相比呈暗色调(负温升)的热像。

       绝缘子表面出现严重污秽时,因瓷瓶表面污秽层使表面电阻降低,通过瓷盘表面的爬电泄露电流明显增加,从而导致瓷盘表面温升增高。因此,污秽严重的绝缘子热像特征是瓷盘温升高于无污秽绝缘子瓷盘温升的热像。通常情况下,由于故障绝缘子温升非常微小,传统热成像仪难以准确识别,必须采用高灵敏度热像仪以及图像增强等方法进行故障检测。

图 1  劣化绝缘子的温升及分布电压随绝缘电阻值的变化分析

      3、使用DDE技术的红外热像仪检测实例

      3.1 检测工况

      本文中使用我公司MAG40系列红外热像仪对某地220V线塔的绝缘子串进行了红外诊断。检测工况如下:

 

 

      3.2 巨哥电子创新技术——DDE数字细节增强

       MAG40红外热像仪融合了2X/4X红外图像数码变焦功能和巨哥电子创新DDE数字细节增强技术,使得分析观测更为可靠。红外热像图其实是256阶的伪彩图,而实际的红外数据信号要大于8位(如14位,>15000灰阶),从而在一些高动态范围的场景中,无法看清关注的低对比度目标。DDE算法均衡地增强了所有细节,无论目标处于怎样地温度范围。

       图2a为我公司MAG40红外热像仪拍摄的热像图,由于目标物体温度高,而场景温度为室温,因此在这种大范围温度场景中,目标物体的细节不易凸显。启用DDE算法对物体进行拍摄如图2b所示,物体细节得到显著增强。因此DDE技术可以帮助电力人员在测量时更精确地定位低对比度目标。

 

巨哥电子-红外热像仪DDE细节增强技术   

图2a 原始红外热像图   2b 使用DDE后红外热像图

      3.3 故障实例

      在此次检测中,发现疑似绝缘子故障如下:

      1. 图3a是普通观测模式下的红外热像图,这时观测到的绝缘子从热图上看温度分布均匀,未有异常。但打开DDE功能和使用人工灰度拉伸后,图像细节得到极大增强,问题便显现出来:绝缘子串中部绝缘子的刚帽比周围温度都明显偏高,疑似低值绝缘子。

 

巨哥电子-红外热像仪DDE技术检测绝缘子

图3a 原始红外热像图   3b 使用DDE后红外热像图

      2. 图4按同样方法处理,启用DDE算法后,框出部分的绝缘子表现出与相邻绝缘子相比呈暗色调(负温升)的热像,疑似零值绝缘子。

 

 巨哥电子-红外热像仪DDE技术检测绝缘子温度异常

 

图4a 原始红外热像图   4b 使用DDE后红外热像图

        3. 图5中框出部分为磁盘处,该磁盘处的温度比周围绝缘子磁盘温度要高,疑似沾染污秽。

 

巨哥电子-红外热像仪DDE技术检测问题绝缘子

 

  图5  疑似污秽磁盘红外热像图

      4. 结束语

      红外成像法诊断劣化绝缘子与传统的人工检测项目相比有很多优点:劳动强度低,安全性高,效率高,不受电磁干扰影响等等,是快速排查故障的一种有效辅助手段。但故障绝缘子通常只产生微小的温度差异,对使用热像仪进行故障判断提出了很大挑战。巨哥电子的MAG40红外热像仪在采用高性能红外探测器的同时,自主研发测温物理模型和DDE图像处理算法,大大提高了检测的准确性。

参考文献:
[1] 何佑. 高压运行设备的红外热像诊断[J]. 华北电力技术,1989,9(1):3-9

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