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利用紅外檢測(cè)實(shí)現(xiàn)高壓絕緣子電氣特性技術(shù)分析論文
摘要：在電力系統(tǒng)中由于絕緣子閃絡(luò)或者擊穿造成的跳閘事故占比例較大，本文主要分析基于紅外檢測(cè)的高壓絕緣子電氣特性技術(shù)分析。在分析高壓絕緣予發(fā)生故障和污閃的發(fā)展的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了紅外檢測(cè)的基本原理和檢測(cè)依據(jù)。
關(guān)鍵詞：高壓絕緣子;閃污;紅外檢測(cè)
絕緣子在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著輸電線路電氣絕緣和機(jī)械支撐的重要作用，大部分絕緣子在戶外運(yùn)行，受不同環(huán)境影響.一旦絕緣子發(fā)生閃絡(luò)，就可能會(huì)發(fā)生輸電線路跳閘故障，從而影響電力系統(tǒng)證常運(yùn)行，給電力系統(tǒng)帶來(lái)?yè)p失。
本文對(duì)于紅外檢測(cè)實(shí)現(xiàn)高壓絕緣子電氣特性技術(shù)進(jìn)行分析，從而為設(shè)計(jì)紅外檢測(cè)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)工作。
一、高壓絕緣子發(fā)生故障原因
高壓絕緣子發(fā)生故障的主要原因有：
(1)零值問(wèn)題，
(2)雷擊閃絡(luò)，
(3)污閃現(xiàn)象，
(4)老化問(wèn)題。其中污閃是最主要的原因，也是本課題研究的重點(diǎn)，污閃簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)是因?yàn)榻^緣子在某種氣象條件下，其表面污穢中的電解質(zhì)成分可能溶解在水中，造成在絕緣子表面形成沿面閃絡(luò)，在電力工程領(lǐng)域里，電力工程技術(shù)人員一般將此情況稱為污閃現(xiàn)象。
目前在電力系統(tǒng)中影響最大和危害最嚴(yán)重的事故就是絕緣子的污閃事故，污閃也是造成絕緣子故障的重要原因。污閃產(chǎn)生分四個(gè)步驟，如果能夠采取積極有效的措施，就可以破壞其發(fā)生條件來(lái)防止。使絕緣子故障發(fā)生的原因還有很多，可是從所占的比例及危害程度來(lái)研究，絕緣子在運(yùn)行中的故障，除了不可抗力的原因，污閃是發(fā)生故障最多和破壞最嚴(yán)重的。
二、污閃的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程
戶外絕緣子肩負(fù)著機(jī)械支撐及電氣絕緣的作用，其絕緣能力的選擇和設(shè)計(jì)方面，不管是額定操作沖擊耐受電壓、雷電沖擊耐受電壓和短時(shí)工頻耐受電壓會(huì)比其最高工作電壓高出很多，所以，在一般情況下，干燥、潔凈的絕緣子是不會(huì)出現(xiàn)空氣擊穿。絕緣子在運(yùn)行電壓下出現(xiàn)了污閃是因?yàn)榻^緣子表面的污穢在潮濕狀況下產(chǎn)生了導(dǎo)電薄膜，導(dǎo)致絕緣子表面絕緣電阻降低、絕緣性能下降就引發(fā)了閃絡(luò)。濕潤(rùn)和污穢是導(dǎo)致絕緣子發(fā)生污閃不可缺少的條件，污閃的產(chǎn)生受污穢性質(zhì)、氣象條件、絕緣子形狀等很多原因的影響。
目前主要將絕緣子污閃過(guò)程劃為四個(gè)階段：絕緣子表面積污、污層受潮濕潤(rùn)、局部放電的產(chǎn)生、局部放電發(fā)展并導(dǎo)致閃絡(luò)。
以瓷絕緣子來(lái)看，由于易污，在運(yùn)行中因雷擊，污閃會(huì)引起瓷絕緣子的劣化，表現(xiàn)為頭部隱形的。零值”和“低值”，對(duì)零值或低值瓷絕緣子，必須登桿進(jìn)行逐片檢測(cè)，每年需花費(fèi)大量的人力和物力。由于檢測(cè)零值和劣質(zhì)的準(zhǔn)確度不高，即使每年檢測(cè)一次，也會(huì)有相當(dāng)數(shù)量的漏檢低值絕緣子仍在線路上運(yùn)行，導(dǎo)致線路的絕緣水平降低，使線路存在著岡雷擊、污穢閃絡(luò)引起的隱患。
以玻璃絕緣子來(lái)看，相對(duì)瓷和復(fù)合絕緣子有機(jī)電性能優(yōu)勢(shì)，但同樣存在著易污問(wèn)題，運(yùn)行中玻璃絕緣子在表面的積污層受潮后，在工頻電壓作用下會(huì)發(fā)生局部放電。由局部放電引起的長(zhǎng)期發(fā)熱會(huì)導(dǎo)致玻璃件絕緣下降或應(yīng)力變化，引起零值自爆，導(dǎo)致線路的絕緣水平降低。
再以復(fù)合絕緣子來(lái)看，與瓷、玻璃絕緣子相比較，復(fù)合絕緣子在耐雷耐污閃方面有優(yōu)勢(shì)的一面，復(fù)合絕緣子不會(huì)發(fā)生瓷絕緣子難以避免的零值、低值和玻璃絕緣子的傘裙自爆，因而不致因零值或低值絕緣子降低整串絕緣子的耐雷水平。
從運(yùn)行情況來(lái)看，復(fù)合絕緣子的雷擊閃絡(luò)大多可重合成功，這是因?yàn)閺?fù)合絕緣子屬不可擊穿結(jié)構(gòu)，當(dāng)放電在空氣中發(fā)生時(shí)，不會(huì)對(duì)絕緣性能產(chǎn)生不可逆影響，屬可恢復(fù)性絕緣。復(fù)合絕緣子在輸電線路的使用，被作為一種防污對(duì)策勿容置疑。.但是復(fù)合絕緣子由于有機(jī)材料本身的老化特性，其老化率及劣化率會(huì)隨著時(shí)間增大，國(guó)外一般認(rèn)為玻璃絕緣子和瓷絕緣子的老化壽命為50年左右，而復(fù)合絕緣予的老化壽命不超過(guò)25年。能長(zhǎng)期使用、可靠性高、爬距有效系數(shù)大的玻璃絕緣子、瓷絕緣子則更為人們所青睞。
三、紅外監(jiān)測(cè)的基本原理與檢測(cè)依據(jù)
(一)基本原理。為了把紅外輻射變?yōu)榭梢晥D像，一定要把紅外輻射變成電信號(hào)，紅外探測(cè)器能把每一瞬時(shí)視場(chǎng)的紅外輻射能量飛速地變成電脈沖信號(hào)。當(dāng)前的紅外熱像儀，它的像素產(chǎn)生經(jīng)過(guò)凝視型焦平面陣列探測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，就能把圖像分解成更多的像素，這樣圖像就有更好的空間分辨率及更佳的視覺效果。前置放大器的作用是把紅外探測(cè)器傳出的細(xì)微脈沖信號(hào)放大。信號(hào)處理器把放大后的脈沖信號(hào)變成視頻信號(hào)。最后，視頻信號(hào)通過(guò)顯示系統(tǒng)，出現(xiàn)用明暗程度(灰度值大小)來(lái)反映目標(biāo)物溫度高低的熱像圖，其中，溫度較高部分就比較明亮，而溫度較低的部分就比較暗。記錄裝置有各種磁卡、磁帶，用來(lái)記錄被測(cè)物體的熱圖像，同時(shí)為導(dǎo)入計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理分析帶來(lái)方便。
在電力行業(yè)里，紅外熱像儀已經(jīng)廣泛地應(yīng)用，而且獲得了明顯的實(shí)效，降低了電力事故的發(fā)生率，而且不需停電檢修，做到了電力設(shè)備的經(jīng)濟(jì)、安全檢測(cè)。污穢高壓絕緣子在干燥時(shí)，其表面絕緣電阻非常大，這時(shí)流過(guò)污層的泄漏電流非常小，當(dāng)絕緣子污層受潮時(shí)，泄漏電流慢慢增大，電流流過(guò)污層時(shí)就產(chǎn)生焦耳熱，致使絕緣子表面的溫度升高。當(dāng)濕度一定的情況時(shí)候.絕緣子的污穢等級(jí)不同，泄漏電流也同樣不同，這樣溫度分布也隨著不同，污穢越嚴(yán)重，泄漏電流越大，溫度變化就顯著。這里可以利用紅外熱像儀無(wú)需接觸就能探測(cè)到物體輻射的紅外能量的大小，獲得體現(xiàn)物體溫度的矩陣，從而得到以灰度值高低來(lái)表征溫度高低的二維灰度圖像，利用美國(guó)FLIR系統(tǒng)公司的Ti30高性能紅外熱像儀對(duì)污穢絕緣子進(jìn)行拍攝，獲得熱像，得到體現(xiàn)污穢絕緣子表面溫度高低的熱像圖。
Ti30高性能紅外熱像儀，是當(dāng)今第一套集紅外熱像圖和可見光圖像于一體的全自動(dòng)紅外檢測(cè)系統(tǒng)，能得到所視區(qū)域內(nèi)的一切紅外信息，它主要具有如下優(yōu)點(diǎn)：利用不要維護(hù)的第三代非制冷焦平面微量熱型長(zhǎng)波探測(cè)器和最先進(jìn)的紅外熱像功能及自動(dòng)聚焦技術(shù)，將增加紅外熱像儀功能的可靠性，圖像更加清晰;溫度測(cè)量性能較精確并且具有較大的測(cè)溫范圍，最小分辨溫差達(dá)到仕2c70測(cè)量范圍)，非接觸測(cè)溫范圍達(dá)到(-40~+5000C)，使用過(guò)濾片測(cè)溫范圍達(dá)到2000℃;能快速及精確地存儲(chǔ)和記錄數(shù)據(jù)、圖像、語(yǔ)音和文本注釋，用戶很快完成全面的檢測(cè)報(bào)告;方便攜帶，能在惡劣環(huán)境中使用;操作簡(jiǎn)單，Ti30高性能經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的點(diǎn)擊操作就可以快速出現(xiàn)結(jié)果，只要按一下鍵就能完成精確聚焦，同時(shí)能把熱像圖記錄到可移動(dòng)的PC卡上。這里可以在利用Ti30高性能獲得紅外熱像后，經(jīng)過(guò)移動(dòng)PC卡將污穢絕緣子熱像圖傳人計(jì)算機(jī)，進(jìn)行圖像后續(xù)分析和處理。
(二)檢測(cè)依據(jù)
絕緣子紅外熱像是不是很清晰，圖像細(xì)節(jié)是不是很完整，特征是不是很明顯，是能不能對(duì)絕緣子污穢等級(jí)作出精確識(shí)別的關(guān)鍵。紅外熱像在生成過(guò)程中受到各種噪聲的干擾，具有高噪聲和低對(duì)比度的特點(diǎn)，部分圖像信息和特征被噪聲掩蓋。
物體的圖像由物體自身和背景(周圍環(huán)境)組成，紅外熱像本質(zhì)上是以灰度值大小來(lái)表征物體溫度高低的，研究目標(biāo)是絕緣子盤面區(qū)域，所以一定要把絕緣子盤面所處方塊型區(qū)域切割出來(lái)，還要深入把方塊型區(qū)域中的盤面附近背景部分分割掉，僅僅保留絕緣子盤面區(qū)域�？梢栽趯�(duì)各種圖像分害l算法和分割性能進(jìn)行對(duì)比的基礎(chǔ)上，結(jié)合高壓絕緣子紅外熱像自身的灰度統(tǒng)計(jì)特征，就濾波后的各種不同的污穢等級(jí)高壓絕緣子圖像有針對(duì)性地提出了最大類間方差法及形態(tài)學(xué)方法相融合的圖像分割方法和改進(jìn)的直方圖波谷值法進(jìn)行圖像分割，其圖像的分割效果很好，去除背景干凈，分割出的高壓絕緣子及其盤面輪廓十分清晰，可以保留完整的細(xì)節(jié)。
四、結(jié)語(yǔ)
本文詳細(xì)地?cái)⑹隽私^緣子電氣特性及絕緣子閃絡(luò)的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程，對(duì)紅外監(jiān)測(cè)絕緣子因表面污穢閃絡(luò)和過(guò)電壓閃絡(luò)的理論依據(jù)進(jìn)行了闡述，研究工作對(duì)研究的總體方案設(shè)計(jì)奠定了相關(guān)基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
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