高压悬式瓷绝缘子红外检测温差阈值研究

摘要

绝缘子是电力系统中的重要绝缘元件，是保障系统稳定、安全运行的关键部件。长期运行中的绝缘子，因绝缘性能破坏形成劣化通道，易劣化为低、零值绝缘子。过大的电流流经劣化绝缘子内部时，产生的热量使得铁帽内部发生持续热膨胀效应，导致铁帽因出现裂纹而炸裂或脱开，从而发生绝缘子掉串、导线落地等严重事故。由于现有红外检测标准中规定的温差阈值较大，易造成红外检测漏检率偏高的问题。为优化绝缘子红外检测阈值，本文的主要研究工作及成果如下：　　1、本文采用有限元方法分别对XP-160(单伞)、XWP1-70(双伞)两种瓷绝缘子进行了多物理场仿真研究。研究表明：正常绝缘子串电压、温度分布呈不对称的马鞍形分布；劣化绝缘子串因低、零值绝缘子的存在，其对应的电压、温度分布现象呈现出不同程度的“凹凸”现象；污秽程度增加将使绝缘子温度上升；风速的增大导致对流换热加强，绝缘子温升下降。　　2、在确定温差阈值的过程中，由于绝缘子长期裸露在外，其经受的环境、污秽以及电力运行等因素具有不确定性和随机性。本文首次提出了采用数理统计的方法对其影响因素进行概率化计算，并对实测数据和仿真数据进行了统计建模。　　3、本文提出了一种基于逆高斯分布、基于三参数Burr分布的低、零值绝缘子温差模型，该模型有效的反映了劣化绝缘子温差的分布特点，可为温差阈值合理优化提供有力的理论支撑。　　4、针对本课题研究的实测数据和仿真数据，通过对正常和劣化绝缘子温差样本的分析，分别对低、零绝缘子的温差阈值进行了深入探讨。研究表明：在目前有限的统计样本下，低、零值绝缘子温差的漏检率和误检率曲线分别相交于0.35℃和0.3℃。根据多物理场仿真结果，针对不同类型、不同位置的劣化绝缘子，首次提出了对其温差阈值差异化设定的新理念。上述研究成果可为现行电力行业标准中温差检测阈值的优化调整提供参考。

目录

第1章 绪 论

1.1 研究背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 红外检测绝缘子影响因素研究

1.2.2 绝缘子劣化机理研究

1.3 课题来源

1.4 主要研究内容及创新点

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 主要创新点

1.5 本章小结

第2章 绝缘子红外检测技术原理

2.1 红外成像技术原理

2.1.1 红外辐射原理

2.1.2 红外热像仪原理

2.2 劣化绝缘子检测原理

2.2.1 绝缘子劣化原因

2.2.2 劣化绝缘子发热特点

2.3 本章小结

第3章 绝缘子多物理场仿真计算

3.1Comsol Multiphysics 软件及绝缘子机构

3.1.1 Comsol Multiphysics 软件简介

3.1.2 绝缘子结构参数

3.2 绝缘子电压仿真计算

3.2.1 Comsol Multiphysics电流场控制方程

3.2.2 正常绝缘子电压分布计算

3.2.3 劣化绝缘子电压分布计算

3.3 绝缘子温度仿真计算

3.3.1 Comsol Multiphysics传热模块控制方程

3.3.2 正常绝缘子温升计算

3.3.3 劣化绝缘子温升计算

3.4 多因素影响下的绝缘子温升

3.4.1 污秽对绝缘子温升影响

3.4.2 风速对绝缘子温升影响

3.4.3 温湿度对绝缘子温升影响

3.5 本章小结

第4章 劣化绝缘子温差数学模型

4.1 绝缘子温差定义

1、劣化绝缘子温差

2、正常绝缘子温差

4.2 数据来源

4.2.1 现场红外检测数据

4.2.2 Comsol Multiphysics仿真数据

4.3 数学分布的定义及参数估计

1、逆高斯分布

2、三参数Burr 分布

4.4 样本拟合及检验

4.5 本章小结

第5章 温差阈值分析

5.1 温差阈值对比

5.2 温差阈值优化

1、基础数据对温差阈值的优化

2、Comsol Multiphysics 仿真的初步验证

5.3 温差阈值优化验证

5.3.1 试验验证

5.3.2 仿真验证

5.4 温差阈值优化建议

5.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间的研究成果目录

附录B 攻读学位期间参与的项目