紅外成像技術(shù)檢測(cè)電力設(shè)備熱故障的應(yīng)用研究

□吳啟衛(wèi)

一、紅外成像技術(shù)的特點(diǎn)

紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐中有著明顯的特點(diǎn)。紅外監(jiān)測(cè)探測(cè)設(shè)備裝設(shè)了紅外線發(fā)射裝置，并配備了電池電源，因此不用再配備其他的信號(hào)源和輔助檢測(cè)裝置。紅外監(jiān)測(cè)探測(cè)設(shè)備操作簡(jiǎn)單，攜帶方便，能夠進(jìn)行大范圍覆蓋的快速掃描，紅外成像狀態(tài)圖顯示直觀而且快捷，檢測(cè)的效率很高，同時(shí)又很節(jié)省人力。紅外熱成像診斷方法可應(yīng)用于多種設(shè)備，使用范圍廣，投資收益比高。在現(xiàn)有的電力設(shè)備狀態(tài)測(cè)試方法中，可以適用于更加廣闊的領(lǐng)域，比如發(fā)電廠、變電所、輸配電系統(tǒng)等所有高壓類電氣設(shè)備的各種故障狀態(tài)檢測(cè)。采用紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行電氣設(shè)備檢測(cè)，可以做到被檢測(cè)設(shè)備不接觸、不停電、不取樣、不解體，并能保障操作安全。采用紅外熱成像檢測(cè)進(jìn)行故障診斷有利于實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備管理的科學(xué)化和檢修的規(guī)范化，通過電氣設(shè)備各部位的溫度變化情況對(duì)其本身的狀態(tài)進(jìn)行判斷，還可以對(duì)電氣設(shè)備的檢修質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)評(píng)估。

二、紅外熱成像技術(shù)的適用范圍

檢測(cè)熱故障傳統(tǒng)的方法是停電測(cè)量電阻值，在易發(fā)熱處貼示溫片，根據(jù)示溫片顏色變化判斷是否過熱。在帶電時(shí)用綁有石蠟的絕緣桿，將石蠟和設(shè)備相接觸，看石蠟是否融化來判斷。設(shè)備內(nèi)部熱點(diǎn)用埋測(cè)溫電阻法，但該方法只能測(cè)整體溫度或個(gè)別點(diǎn)溫度，但用戶關(guān)心的最高點(diǎn)溫度難以測(cè)出。在測(cè)量時(shí)，通常需要設(shè)備停電，發(fā)熱點(diǎn)溫度也難以量化。隨著電力設(shè)備額定電壓越來越高，傳統(tǒng)的測(cè)溫方法已難以滿足實(shí)際需要。

紅外成像技術(shù)通過對(duì)比電力設(shè)備正常狀態(tài)下的溫度狀態(tài)與故障狀態(tài)時(shí)的溫度差異，來分析設(shè)備的健康狀態(tài)，依據(jù)熱像及溫升結(jié)果，就能檢測(cè)出設(shè)備的故障點(diǎn)和類型。這種技術(shù)幾乎能夠應(yīng)用于各類電力設(shè)備，對(duì)于常規(guī)的電流傳輸通路、變壓器、互感器分接開關(guān)、斷路器、電機(jī)等設(shè)備的可以造成溫度變化的熱故障，有很好的使用效果。

三、紅外成像技術(shù)在電力系統(tǒng)的具體應(yīng)用

(一)電力設(shè)備熱故障分類。引起電力設(shè)備發(fā)生熱故障的因素多種多樣，但通常分為兩種類型:連接點(diǎn)接觸不良和設(shè)備本身材質(zhì)老化。接觸不良產(chǎn)生的熱故障一般又被分為內(nèi)部和外部?jī)煞N。外部熱故障主要是指發(fā)生在各種裸露的固定連接點(diǎn)和可分?jǐn)嗟慕佑|點(diǎn)上;內(nèi)部熱故障主要是指發(fā)生在設(shè)備內(nèi)部連接處的接觸不良情況，以及內(nèi)部零部件材質(zhì)劣化或損壞等引發(fā)的故障。

(二)外部熱故障檢測(cè)和診斷標(biāo)準(zhǔn)。

1．裸露接頭熱故障檢測(cè)方法。當(dāng)電力設(shè)備的各種緊夾件、裸露接頭及隔離斷路器刀口接觸不良時(shí)，流過大電流，溫度和溫升大為提升，最后燒斷。另外，如果是彈簧夾緊件，高溫使彈簧彈力退化，同樣會(huì)使接頭接觸不良，久而久之被燒斷。這兩種熱故障開始時(shí)不嚴(yán)重，但會(huì)使金屬表面加速老化，接觸電阻成倍增加，發(fā)熱更加嚴(yán)重，接觸電阻更大，溫度更高，形成惡性循環(huán)，最后導(dǎo)致燒斷事故的發(fā)生。

外部熱故障的特點(diǎn)是以過熱點(diǎn)的高溫形成一個(gè)特定的熱場(chǎng)，向外輻射能量。紅外成像儀把熱場(chǎng)直觀地反映在熒光屏上，通過熒光屏熱成像圖上的溫度最高點(diǎn)，找出熱故障點(diǎn)。熱成像儀可以通過設(shè)定特定參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)完成測(cè)量熱場(chǎng)的任意一點(diǎn)溫度值。

2．電力變壓器熱故障檢測(cè)方法。變壓器外表暴露的熱故障可以用紅外成像儀順利地檢測(cè)。正常變壓器外殼熱像圖是一個(gè)水平線溫度均勻分布的溫度場(chǎng)，高、中、低套管的溫度三相基本平衡，潛油泵也不應(yīng)該有特殊的過熱點(diǎn)，箱體螺栓的溫差也不應(yīng)該過大。

由于變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，熱量傳導(dǎo)的途徑也多種多樣，因此，當(dāng)變壓器尤其是油浸式變壓器發(fā)生內(nèi)部熱故障時(shí)，很難僅僅依靠紅外成像儀一種方式來檢測(cè)，需要結(jié)合其他的手段來綜合分析判斷。

3．絕緣子熱故障檢測(cè)和診斷。絕緣子的熱故障紅外成像檢測(cè)和診斷，是依據(jù)整個(gè)絕緣子串的溫度場(chǎng)圖來判斷的。正常的絕緣子串發(fā)熱量比較小，它的溫度分布與電壓分布有關(guān)，通常是兩端溫度高，中間溫度低，溫度分布比較連續(xù)，與相鄰的絕緣子相比溫差很小，通常不超過1℃。當(dāng)絕緣子的性能劣化后，絕緣電阻減小，漏電流就會(huì)增大，相應(yīng)的工作溫度就會(huì)升高，對(duì)應(yīng)的熱場(chǎng)會(huì)發(fā)生變化。

(三)內(nèi)部熱故障紅外成像檢測(cè)和準(zhǔn)度標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)部熱故障的發(fā)熱狀況不能直接反映到熱成像儀上，但內(nèi)部發(fā)熱點(diǎn)所發(fā)出的熱量使外殼形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的熱場(chǎng)分布。利用這個(gè)熱場(chǎng)分布在再考慮其他影響因素，通過對(duì)比，間接判斷內(nèi)部熱故障。

1．油斷路器內(nèi)部熱故障檢測(cè)和判斷標(biāo)準(zhǔn)。油斷路器外殼熱場(chǎng)分布是由設(shè)備的電阻和鐵磁損耗所決定的。但任何損耗的增加，都是在內(nèi)部形成一個(gè)熱故障點(diǎn)，屬于異常。定期將外殼熱場(chǎng)分布圖與以前正常圖比較，同時(shí)又與同型號(hào)或三相互比，由差別判斷熱故障點(diǎn)。

2．電流互感器內(nèi)部熱點(diǎn)檢測(cè)和判斷標(biāo)準(zhǔn)。電流互感器損耗由銅耗、鐵耗和接頭電阻損耗組成。這些損耗都是由頂部的頂帽散去。所以，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)頂帽的熱像圖后，三相互比判斷。頂帽溫度三相互差在20℃以上，高者內(nèi)部有嚴(yán)重的熱故障，應(yīng)立即處理;15℃以上，停電實(shí)驗(yàn)檢查;相差10℃以上，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，跟蹤檢測(cè)。同時(shí)，對(duì)環(huán)境的溫升也不能大于70℃。

四、紅外檢測(cè)注意事項(xiàng)

為了保證紅外成像檢測(cè)結(jié)果正確，必須注意以下幾各方面。一是被檢測(cè)對(duì)象和環(huán)境溫度最好不能低于5℃，環(huán)境的濕度通常不大于85%，風(fēng)速一般不大于0．5m/s，通常不在異常天氣條件下進(jìn)行檢測(cè)，比如雷雨、霧、雪等天氣。二是室外設(shè)備檢測(cè)，選在無風(fēng)的天氣檢測(cè)，盡量在大氣比較干燥濕度不超過80%的時(shí)候檢測(cè)。在確保安全的前提下，檢測(cè)距離盡量縮短為5m 左右。

五、結(jié)語

盡管紅外成像技術(shù)在電力系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)間不長，但由于是非接觸式的，無需停電，又有安全、實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)，加上使用方便，具有很高的推廣使用價(jià)值。至于存在的不足，隨著技術(shù)的發(fā)展也會(huì)逐漸得到克服。