【摘 要】
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我国以超特高压电网引领能源互联网建设,复合绝缘子作为超特高压输电线路用量最大的绝缘子种类,截止2021年已超过1000万支,复合绝缘子在经历生产工艺的数代革新后,使得普通机械断裂和脆性断裂的发生几率大大降低,但近年来我国高湿地区复合绝缘子酥朽断裂事故频发,严重威胁电网安全运行。运行中酥朽复合绝缘子往往伴有异常发热现象,在高湿环境下发热现象尤为明显,红外成像技术是诊断酥朽复合绝缘子的有效手段,但由于
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我国以超特高压电网引领能源互联网建设,复合绝缘子作为超特高压输电线路用量最大的绝缘子种类,截止2021年已超过1000万支,复合绝缘子在经历生产工艺的数代革新后,使得普通机械断裂和脆性断裂的发生几率大大降低,但近年来我国高湿地区复合绝缘子酥朽断裂事故频发,严重威胁电网安全运行。运行中酥朽复合绝缘子往往伴有异常发热现象,在高湿环境下发热现象尤为明显,红外成像技术是诊断酥朽复合绝缘子的有效手段,但由于对多因素联合作用下的复合绝缘子酥朽劣化机制及不同环境条件下的温升特性认识不清,导致目前酥朽复合绝缘子诊断仍存在较高的误检率,因此开展高湿环境下复合绝缘子酥朽劣化机制及温升特性研究对保障电网安全运行具有重要意义,本文针对复合绝缘子酥朽劣化机制,酥朽模拟试验方法,酥朽复合绝缘子异常发热机理与温升特性以及红外诊断方法开展了相关研究,主要研究工作如下:（1）针对紧凑型线路V串酥朽复合绝缘子所处的运行、环境和力学荷载特点,采用数值模拟方法从细观尺度分析高湿环境下外界水分对复合绝缘子芯棒材料（玻璃纤维增强环氧树脂）劣化的作用机制及交变屈曲荷载作用下材料的损伤演化过程。研究表明,在高湿环境和交变荷载作用下,芯棒表面屈曲圆弧外侧将出现由外而内发展的疲劳破损,在基体及界面处产生微缺陷,引发局部放电,使环氧树脂基体发生降解,芯棒表面的沿面放电以及内部的电树枝导致芯棒局部碳化。外界水分、局部放电和交变荷载作为影响复合绝缘子酥朽的三个主要因素,在复合绝缘子酥朽过程中三者既存在各自的作用机制,又彼此相互促进。（2）搭建了湿-电-交变荷载多因素复合绝缘子酥朽模拟试验平台,提出了复合绝缘子酥朽模拟试验方法并确定了相关试验参数,复现了复合绝缘子的酥朽劣化过程,揭示了湿-电-交变荷载交互作用下的复合绝缘子芯棒酥朽劣化机制。酥朽劣化过程中,芯棒依次经历了表面损伤-损伤加大-疲劳变酥-局部蚀损-酥朽劣化的过程,环氧树脂基体在高湿环境、局部放电和交变荷载共同作用下先后经历了溶胀、界面脱粘、开裂破损、酸性腐蚀溶解、熔融热解等阶段,部分玻璃纤维表面发生蚀损且存在大小不一的电蚀孔和典型疲劳断裂断面特征,借助外观形貌分析、扫描电镜、傅里叶红外光谱和热重分析等分析手段,验证了模拟酥朽复合绝缘子与实际酥朽复合绝缘子的等效性。（3）采用四电极系统试验测量了酥朽复合绝缘子典型短试样的表面电流、体电流和界面电流,并通过搭建全尺寸酥朽复合绝缘子及典型短试样的等值电路模型,分析高低湿环境下酥朽复合绝缘子的漏导损耗和极化损耗对温升的贡献率,揭示了高低湿环境下酥朽复合绝缘子的温升均主要由酥朽部分的极化损耗引起,外界水分主要通过影响复合绝缘子的极化损耗进而影响其温升,明确了高湿环境下芯棒酥朽部位的介损因数、饱和吸湿率及饱和吸湿介损是影响酥朽复合绝缘子温升程度的主要物理量,进一步结合复合绝缘子酥朽劣化过程中温升特性、吸湿特性及介损特性的阶段性变化规律,将复合绝缘子酥朽程度划分为轻、中、重、极重四个等级,并获得了高低湿环境下不同酥朽程度对应的温升范围,通过试验研究不同酥朽程度500kV异常发热退运复合绝缘子的温升特性,验证了温升范围划分的正确性。（4）提出了基于超分辨率生成对抗网络的复合绝缘子红外图像超分辨率重建方法,改善了图像的清晰度,并统一了图像的分辨率大小。构建了基于复合绝缘子轴线温升梯度曲线的温升梯度特征系数作为新的特征量,进而通过统计分析提出了高湿环境下基于温升程度、温升区域特征以及温升梯度特征系数的多特征量酥朽复合绝缘子红外诊断方法,通过温升程度可初步诊断温升大于10K的重度和极重酥朽复合绝缘子,通过温升区域特征可诊断温升在10K以内但温升区域多于1处或温升区域从高压端金具延伸至五伞后的轻中度酥朽复合绝缘子,通过温升梯度特征系数可诊断温升在2K～10K且温升区域仅位于高压端二至五伞间但温升梯度特征系数小于0.5的轻中度酥朽复合绝缘子,为提高酥朽复合绝缘子筛查准确率提供了新的思路。
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