输电线路瓷质绝缘子长期承受强电场、复杂载荷及严苛气候条件的共同作用，其内部电阻值逐步降低形成零值绝缘子，是引发线路事故的重要隐患之一。然而，现有检测手段难以对零值绝缘子实现准确、高效的在线辨识，已成为困扰输电运维领域多年的技术瓶颈。

针对这一瓶颈，华北电力大学输变电设备安全防御研究团队与中国电力科学研究院高压所研究团队联合攻关，提出了基于电致发光效应的输电线路零值绝缘子自诊断方案。该方案无需接触测量、无需停电作业，为输电线路零值绝缘子提供了一种高效、可视化的检测新方案。

研究背景

“十五五”规划明确提出“构建韧性坚强、智能灵活的现代化电网”，并强调“提升电力关键设备运行可靠性，打造具有韧性的高可靠型电网”。绝缘子作为电网中数量庞大的基础组件，其内部缺陷是威胁输电线路安全稳定运行的重大隐患。

尽管现有检测技术种类较多，但仍存在传统接触式检测方法检测效率低、常规非接触式检测方法易受环境干扰、检测周期间隔内存在盲区、投入成本高等问题。因此，亟需提出能够满足零值绝缘子可视化检测和预警需求的新型诊断方法，实现对零值绝缘子更早期、更灵敏、更可靠的在线诊断。

论文所解决的问题及意义

针对当前非均匀电场下绝缘子内部缺陷与表面电场分布的映射关系尚不明确，现有电致发光材料的临界发光阈值电场偏高且缺乏灵活调控手段，难以适配输电线路实际运行检测场景等关键问题，本文首先制备出适用于输电线路瓷绝缘子表面的电致发光涂料，并确定其临界发光阈值电场强度；通过有限元仿真计算不同工况下绝缘子串的表面电场分布特性，并结合电致发光涂料的临界发光阈值电场强度，确定其喷涂位置及面积；最后进行带电试验，综合分析仿真计算结果及带电试验结果，提出针对输电线路零值绝缘子的自诊断技术方案。

本研究成果显著提升了输电线路零值绝缘子的诊断准确率和检测效率，有效弥补了传统检测方法的局限性，为推动电力设备运维模式向“状态自感知-缺陷自诊断”的管控体系升级提供了理论基础和路径参考。

论文方法及创新点

1、电致发光涂料配制及发光特性测试

搭建了电致发光材料发光特性测试平台，并提出了基于灰度值统计的发光亮度量化算法。

从理论和试验角度分析了涂层厚度、填料浓度、高介电常数颗粒质量分数对电致发光材料发光亮度的影响，制备了可涂覆在输电线路瓷质绝缘子串表面的电致发光涂料，使之可以在线路正常运行工况下稳定发光。

图1 电致发光材料发光特性测试平台示意图

图2 不同涂层厚度下试片电致发光图像

图3 不同厚度下最大发光亮度灰度值及发光区域半径

通过材料改性有效降低了电致发光涂料的临界发光阈值电场，并提高了涂料的发光亮度。调控后的电致发光涂料临界发光阈值电场约为200 kV/m，可以被正常工况下的绝缘子串表面电场激活发光，实现了零值绝缘子与正常阻值绝缘子间显著可辨别的发光特征差异。

2、瓷绝缘子表面电场有限元仿真分析

建立了XWP2-70 瓷绝缘子模型，通过在绝缘子表面爬电路径上设置电场扫描路径，以获取绝缘子表面电场分布的局部差异来确定电场梯度显著或敏感区域，并结合电致发光涂料的临界发光阈值电场强度确定电致发光涂料在绝缘子表面的喷涂位置及面积。

图4 XWP2-70绝缘子仿真模型

图5 工频电压下单片XWP2-70绝缘子表面电场分布曲线

单片绝缘子有限元仿真结果表明，绝缘子表面的电场集中现象主要发生于钢脚部分水泥与瓷件交界处及钢帽与瓷件交界处等多介质交界的复合界面，这些区域表面电场较大且对绝缘子表面电场分布变化敏感。当外施工频电压时，位于钢脚部分的水泥与瓷件交界处及钢帽与瓷件交界处的电场强度均超过电致发光涂料的临界发光阈值。

二者相比，钢脚部分水泥与瓷件交界处电场强度更大，且超过电致发光涂料临界发光阈值电场强度的面积更大，此时电致发光涂料亮度更高，更有利于观察绝缘子表面电致发光现象，因此该区域较为适宜作为喷涂电致发光材料的特征区域，并且建议喷涂在钢脚部分水泥与瓷件交界处的电致发光涂层宽度约为10 mm。

3、输电线路绝缘子串不同工况电致发光带电试验验证

基于制备好的电致发光涂料及有限元仿真计算结果，搭建了输电线路零值绝缘子自诊断试验平台，开展了不同工况下绝缘子串电致发光带电试验。将带电试验结果与仿真计算结果进行对比，提出了基于电致发光效应的输电线路零值绝缘子自诊断方案。

图6 绝缘子串正常工况及单片零值工况下电致发光试验效果

图7 绝缘子串正常工况及双片零值工况下电致发光试验效果

图8 基于电致发光效应的110kV输电线路零值绝缘子自诊断方案

正常工况下，绝缘子串中每片绝缘子的电致发光涂层均会发光；当出现零值绝缘子时，零值绝缘子表面的电致发光涂层不发光，其余正常阻值绝缘子表面的电致发光涂层灰度值增加。当某片绝缘子的电致发光涂层灰度值低于30时，即可诊断整串绝缘子中存在零值绝缘子。当整串绝缘子钢脚部分水泥与瓷件交界处的电致发光涂层灰度值的平均变化率大于35%时，可诊断绝缘子串中存在双片零值绝缘子；当平均变化率为20%~35%时，可诊断绝缘子串中存在单片零值绝缘子。

本方案的优势在于定位精准灵敏度较高，可以直接诊断出输电线路中的零值绝缘子，试验结果与仿真结果相互印证。该方案可有效地提升输电线路瓷质绝缘子零值检测的准确性，保障输电线路安全运行。

结论

1）电致发光涂料的发光亮度随着ZnS: Cu电致发光材料的涂层厚度、填料浓度和高介电常数颗粒质量分数的增加先上升后下降，调控后的电致发光涂料的临界发光阈值电场强度约为200 kV/m。

2）绝缘子钢脚部分水泥与瓷件交界处电场强度高于电致发光涂料的临界发光阈值电场强度200 kV/m，适合作为喷涂电致发光材料的特征区域，并且建议喷涂在钢脚部分水泥与瓷件交界处的电致发光涂层宽度约为10 mm。

3）正常工况下，绝缘子串钢脚部分水泥与瓷件交界处电致发光涂层可以发光。当绝缘子串存在零值绝缘子时，零值绝缘子的电致发光涂层灰度值低于30。当零值绝缘子位于高压侧时，其对钢脚部分水泥与瓷件交界处的电致发光涂层灰度值影响大于零值绝缘子位于中部时，进而大于零值绝缘子位于低压侧时；连续双片零值绝缘子对钢脚部分水泥与瓷件交界处的电致发光涂层灰度值影响大于不连续双片零值绝缘子的情况，进而大于单片零值绝缘子的情况。带电试验结果与表面电场仿真计算结果一致。

团队介绍

耿江海，博士，正高级工程师，博士生导师，河北省燕赵电力实验室副主任，保定市卓越工程师。长期从事高电压试验技术和外绝缘方面教学和研究工作。主持国家自然科学基金面上项目1项，河北省自然科学基金面上项目2项、教育部中央高校专项资金2项，作为课题骨干参加国家自然科学基金、国家重点研发计划等纵向项目5项；发表学术论文40余篇，其中被SCI/EI检索30余篇；出版编著4部，授权发明专利12项。制定国家标准1项、电力行业标准2项，获国家级教学成果二等奖1项、省部级科技进步一等奖1项、二等奖3项。陈铭宏天，硕士，国网吉林省电力有限公司长春供电公司，主要从事高电压试验技术、电气设备在线故障检测方面的研究工作。张育铭，博士，国网河南省电力有限公司郑州供电公司，主要从事复合绝缘材料的老化特性、绝缘子检测和外绝缘方面的研究工作。周松松，硕士，中国电力科学研究院高电压研究所，高级工程师，长期从事高压外绝缘与绝缘子技术研究。王平，博士，副教授，硕士研究生导师，教研室副主任。研究方向为电力系统电磁兼容、电力系统防雷接地技术和电磁场理论及其应用，主持国家自然科学基金1项，河北省自然科学基金面上项目1项，中央高校基金项目2项，参与国家自然科学基金项目2项，主持和参与横向课题10余项。发表学术论文30余篇，其中被SCI/EI检索20篇。

本工作成果发表在2026年第9期《电工技术学报》，论文标题为"基于电致发光效应的输电线路零值绝缘子自诊断关键技术"。本课题为中国电力科学研究院双创孵化基金资助项目。