林朝暉 許燕青 鄭干好
(國網(wǎng)福建省電力有限公司檢修分公司,福建 福州 350011)
復(fù)合絕緣子在我國超特高壓線路廣泛應(yīng)用,有效提高了線路的安全運行和可靠性水平,也大大減輕了繁重的污穢清掃及零值檢測等運行維護工作[1]。近年來,全國電力系統(tǒng)發(fā)生復(fù)合絕緣子斷裂故障較多,主要有斷裂、脆斷、酥斷、污閃、鳥啄、老化等[2-5],詳見圖1。
圖1 目前各種絕緣子故障情況
根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計,目前復(fù)合絕緣子運維情況重點關(guān)注E(傘套嚴重蝕損)、A(憎水性喪失)、G(紅外檢測到發(fā)熱),說明近年來紅外熱成像技術(shù)已在線路巡檢中廣泛應(yīng)用,詳見圖2。
圖2 復(fù)合絕緣子故障情況統(tǒng)計
多旋翼無人機是一種機動性強、穩(wěn)定性高、敏捷安全、操作簡便的飛行平臺。針對復(fù)合絕緣子溫度檢測,采用無人機搭載紅外檢測設(shè)備替代人工手持,可兼顧檢測準確性、高效性、安全性和靈活性。
高場強下,特別是在潮濕環(huán)境,絕緣子表面的水珠、積污會引起電場畸變,造成局部電場進一步增大[6]。這會引發(fā)硅橡膠表面產(chǎn)生電暈,使硅橡膠老化加速。硅橡膠老化后,其吸水性、透水性性能劣化。硅橡膠在吸水后轉(zhuǎn)變?yōu)闃O性物質(zhì)的特性,在交變電場的作用下,絕緣子的硅橡膠發(fā)生溫升,進一步加速老化。護套老化后透水性劣化,潮濕會滲入芯棒,在電場作用下,引起界面與芯棒的水解,并引發(fā)局部放電,長期局部放電的燒蝕導(dǎo)致芯棒斷串。
目前復(fù)合絕緣子故障大多發(fā)生在大檔距、沿海大風口或落差大等微氣象區(qū)域的桿塔上,絕緣子串比其它絕緣子串受到更大的應(yīng)力。有試驗表明,局部放電等造成的老化與其受到的機械應(yīng)力有直接關(guān)系。在沿海,大風舞動,動態(tài)機械負荷可大于靜態(tài)負荷幾倍,突變的大負荷可引起芯棒突然伸縮,很容易造成護套和芯棒間粘接界面損傷——形成氣隙[7]。
(1)對運行10年及以上的合成絕緣子老化問題重視不足。日常線路巡視工作主要對絕緣子外觀進行檢查,對沿海或大霧等濕度較大的區(qū)域未能有針對性地開展紅外測溫。
(2)運行中的絕緣子紅外檢測受外部環(huán)境和拍攝角度的影響,較難獲得絕緣子本體的真實紅外圖譜,需要登塔選定合適的角度才能進行檢測,工作量大,缺陷發(fā)現(xiàn)效率不高。直升機紅外檢測也存在一定的漏檢率。
(3)目前對復(fù)合絕緣子工況的把控,大部分依賴于直升機紅外巡檢、人工帶電登桿測溫,但人工帶電登桿測溫因受角度、裝備影響,未能有效獲取復(fù)合絕緣子內(nèi)部發(fā)熱情況。
(1)以某市檢修公司為例,組織利用手持式紅外測溫儀+無人機紅外測溫進行桿塔精細化復(fù)核,其中11基桿塔人工復(fù)測溫差大于0.5°,6基桿塔溫差出現(xiàn)負值,不排除儀器精度、測量距離較遠等原因造成偏差。
(2)以某500kV線路2020年直升機航巡發(fā)現(xiàn)復(fù)合絕緣子發(fā)熱9基,組織開展無人機紅外測溫,共發(fā)現(xiàn)28基復(fù)合絕緣子發(fā)熱,且直升機發(fā)熱的9基桿塔存在溫差不一致,不排查直升機航巡紅外測溫受飛行姿態(tài)及路線影響,不如無人機紅外測溫方便迅捷。
(3)以筆者所在單位近兩年來工作做縱向比較:傳統(tǒng)模式下,人工紅外測溫15基桿塔/人/天,使用無人機紅外測溫可以達到60基桿塔/人/天,效率提升約4倍,更滿足目前輸電線路“兩個替代”(可視化代替人工通道巡檢、無人機代替人工狀態(tài)巡視)轉(zhuǎn)型需要。
根據(jù)無人機紅外測溫近年來實踐實操,針對不同塔型及復(fù)合絕緣子串型推薦以下四種拍攝點位:
(1)雙回路I串/雙II串
①頭上揚角度宜采用10°~15°;
②水平位置位于目標絕緣子同相導(dǎo)線下方1~2m,距離目標絕緣子10m;
③自桿塔一側(cè)進行拍攝時,無人機與目標絕緣子的連線與導(dǎo)線成30°~45°;從桿塔上方進入雙回導(dǎo)線之間拍攝時,無人機正對桿塔塔身中軸線。
圖3 雙回路I串/雙II串拍攝點
(2)雙回路V串/雙V串無人機拍攝點
①頭上揚角度宜采用30°;
②無人機水平位置大致位于同相導(dǎo)線下方8m,或下層橫擔平面附近,距離絕緣子10m;
③自桿塔一側(cè)進行拍攝時,無人機與目標絕緣子的連線與導(dǎo)線成30°~45°;從桿塔上方進入雙回導(dǎo)線之間拍攝時,無人機正對桿塔塔身中軸線。
圖4 雙回路V串/雙V串無人機拍攝點
(3)單回路V串及雙V串無人機拍攝點
①頭上揚角度宜采用30°;
②無人機水平位置大致位于同相導(dǎo)線下方2~3m,距離絕緣子10m;
③自桿塔一側(cè)進行拍攝時,無人機與目標絕緣子的連線與導(dǎo)線成30°~45°;進入兩邊相導(dǎo)線之間拍攝時,無人機正對桿塔塔身中軸線。
圖5 單回路V串及雙V串無人機拍攝點
(4)單回路I串及雙I串無人機拍攝點
①頭上揚角度宜采用10°~15°;
②無人機水平位置略低于導(dǎo)線,距離絕緣子10m;
③自桿塔一側(cè)進行拍攝時,無人機與目標絕緣子的連線與導(dǎo)線成30°~45°;進入兩變相導(dǎo)線之間拍攝時,無人機正對桿塔塔身中軸線。
圖6 單回路I串及雙I串拍攝點
(5)其他經(jīng)驗
①在飛行過程中,如果在屏幕上觀察到了發(fā)熱點,則要針對發(fā)熱點進行補拍,對其發(fā)熱點進行多角度拍攝、檢查、分析,同時利用可見光對發(fā)熱點進行近距離拍攝,并在傍晚或者清晨時重新拍攝。
②在開展紅外測溫時,盡量避免強光天氣和濕度較大的天氣,氣溫過高和濕度大會影響絕緣子測量的精準度,盡量選擇在早晨或者傍晚測量,避免在雨天和霧天測量。
③無人機搭載XTS紅外測溫時,采用“北極”或“醫(yī)療”分析場景,分析效果最佳。無人機搭載XT2 紅外測溫時,分析圖像時采用“Arctic(北極)”或“原圖像”時,分析效果最佳。
依據(jù)近年來實踐,對復(fù)合絕緣子測溫進行差異化安排,并結(jié)合復(fù)合絕緣子預(yù)期使用周期(福建公司復(fù)合絕緣子以10年為周期進行更換),目前復(fù)合絕緣子工況良好,具體差異化測溫安排如下。
(1)線路復(fù)合絕緣子運行時間≥10年
①沿海大風、高濕、高霧地區(qū)的單V串復(fù)合絕緣子帶電登桿及近距離紅外測溫基準周期:2個月;紅外測溫方式:每隔3基測1基輪測。
②除沿海大風、高濕、高霧地區(qū)外的單V串復(fù)合絕緣子帶電登桿及近距離紅外測溫基準周期:3個月;紅外測溫方式:每隔3基測1基輪測。
(2)線路復(fù)合絕緣子運行時間<10年
①沿海大風、高濕、高霧地區(qū)的單V串復(fù)合絕緣子帶電登桿及近距離紅外測溫基準周期:3個月;紅外測溫方式:每隔3基測1基輪測。
②除沿海大風、高濕、高霧地區(qū)外的單V串合成絕緣子帶電登桿及近距離紅外測溫基準周期:6個月;紅外測溫方式:每隔3基測1基輪測。
(1)線路復(fù)合絕緣子運行時間≥10年
①每年對沿海大風、高濕、高霧地區(qū)的非單V串復(fù)合絕緣子中工況最惡劣的15基桿塔(每個巡檢站)進行帶電登桿及近距離紅外測溫。
②每年對沿海大風、高濕、高霧地區(qū)外的非單V串復(fù)合絕緣子中工況最惡劣的10基桿塔(每個巡檢站)進行帶電登桿及近距離紅外測溫。
(2)線路復(fù)合絕緣子運行時間<10年
①每年對沿海大風、高濕、高霧地區(qū)的非單V串復(fù)合絕緣子中工況最惡劣的10基桿塔(每個巡檢站)進行帶電登桿及近距離紅外測溫。
②每年對沿海大風、高濕、高霧地區(qū)外的非單V串復(fù)合絕緣子中工況最惡劣的5基桿塔(每個巡檢站)進行帶電登桿及近距離紅外測溫。
本文從復(fù)合絕緣子運行和維護的難點出發(fā),通過不同測溫方式比對,確定無人機紅外測溫的可行性,同時根據(jù)近年來的實踐,提出復(fù)合絕緣子基于無人機紅外測溫的差異化運維措施。同時采用無人機紅外普檢將產(chǎn)生海量的絕緣子紅外圖譜,基于紅外圖譜的復(fù)合絕緣子智能識別在現(xiàn)場有一定的應(yīng)用價值,可研究開發(fā)絕緣子紅外工作站,用于普檢產(chǎn)生的圖譜智能分析識別和緣子缺陷輔助診斷分析。