紅外成像技術(shù)在電氣設(shè)備中的應(yīng)用

張正++張紅濤

摘 要：本文簡要介紹了電氣設(shè)備內(nèi)、外部發(fā)熱故障的原因，通過實例說明了紅外熱成像技術(shù)在判斷電氣設(shè)備內(nèi)、外部缺陷中的具體運用。

關(guān)鍵詞：紅外；發(fā)熱；故障

中圖分類號：TM764 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0.前言

電氣設(shè)備正常運行時，導(dǎo)電回路、絕緣介質(zhì)均存在正常的發(fā)熱。當(dāng)設(shè)備存在接觸不良缺陷或發(fā)生短路故障時，電氣設(shè)備外部與內(nèi)部的各種部件會產(chǎn)生不同的、超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的熱效應(yīng)，引起局部溫度升高，導(dǎo)致設(shè)備被迫停運檢修，甚至可能導(dǎo)致設(shè)備損壞等。

1.電氣設(shè)備發(fā)熱故障類型及原因

電氣設(shè)備發(fā)熱故障可分為外部發(fā)熱故障和內(nèi)部發(fā)熱故障兩類。

（1）外部發(fā)熱故障：外部發(fā)熱故障是指電氣設(shè)備中由于長時間暴露在空氣中的裸露電氣接頭因為接觸不良而引起的熱故障。它的發(fā)熱特征是以局部過熱的形態(tài)向其周圍輻射紅外線，其紅外熱像呈現(xiàn)出以故障點為中心的熱場分布。所以，從設(shè)備的熱成像圖中可以直觀地判斷設(shè)備是否存在熱故障，以及故障的嚴(yán)重程度。最常見的外部發(fā)熱故障為隔離開關(guān)的觸頭發(fā)熱及導(dǎo)線線夾接觸不良引起的發(fā)熱。

（2）內(nèi)部發(fā)熱故障：內(nèi)部發(fā)熱故障是指電氣設(shè)備內(nèi)部由于電氣回路故障、固體絕緣、油絕緣介質(zhì)劣化引起的熱故障。它的發(fā)熱特征是過程一般較長，且比較穩(wěn)定。由于各種電氣設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)各不相同，其發(fā)熱機制和表現(xiàn)形式也不一樣，因此電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)熱故障不像外部發(fā)熱故障那樣可以直觀地從紅外熱成像圖中進(jìn)行判斷，而是需要結(jié)合現(xiàn)場的各項試驗，綜合分析才能判斷內(nèi)部故障的類型。

電氣設(shè)備過熱故障原因有以下幾點：

①長期受環(huán)境溫度變化、污穢覆蓋、有害氣體腐蝕、風(fēng)雨雪霧等自然力的作用，導(dǎo)致絕緣介質(zhì)老化。

②人為設(shè)計、施工不當(dāng)?shù)纫蛩?，均會造成設(shè)備連接件接觸電阻增大，接觸不良造成發(fā)熱。

③電壓致熱型設(shè)備是由于設(shè)備絕緣介質(zhì)老化、受潮后，其絕緣介質(zhì)損耗增大，導(dǎo)致介質(zhì)損耗發(fā)熱功率增大，發(fā)熱功率P=U2ωctgδ。運行中常見的有氧化鋅避雷器內(nèi)部受潮引起的發(fā)熱。

④設(shè)備內(nèi)部缺油時也會產(chǎn)生熱效應(yīng)。

2.紅外成像檢測技術(shù)

紅外熱像儀能夠探測到上述電氣設(shè)備內(nèi)、外部發(fā)熱故障。通過接收物體發(fā)出的紅外線在顯示屏上繪出設(shè)備運行中的溫度梯度熱像圖，揭示出如導(dǎo)線接頭或線夾發(fā)熱，以及電氣設(shè)備中的局部過熱點等，能夠?qū)⑻綔y到的熱量精確量化，對發(fā)熱的故障區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確識別和細(xì)致地分析，從而可以有效防止電力設(shè)備故障和計劃外停電事故的發(fā)生。

3.紅外熱成像儀常用檢測分析方法

（1）表面溫度判斷法。通過紅外熱像儀可以測得電氣設(shè)備表面溫度值，對照《交流高壓電器在長期工作時的發(fā)熱》（GB763-90）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行判斷。這種方法可以判定部分設(shè)備的故障情況，但還沒能充分表現(xiàn)出紅外診斷技術(shù)可超前診斷的優(yōu)越性。

（2）相對溫差判斷法。相對溫差是指兩個相應(yīng)測點之間的溫差與其中較熱點的溫升之比的百分?jǐn)?shù)?，F(xiàn)場實際工作中往往會遇到環(huán)境溫度低，負(fù)荷電流小，設(shè)備的溫度值沒有超過規(guī)定的情況，運用“表面溫度判斷法”并不能完全確認(rèn)該設(shè)備沒有熱缺陷存在，這就需要用“相對溫差判斷法”進(jìn)行判斷?！跋鄬夭钆袛喾ā敝饕糜谂袛嚯娏髦聼嵝驮O(shè)備是否存在熱缺陷。

（3）同類比較法。其是指在同類型設(shè)備和同一設(shè)備的三相之間進(jìn)行比較，也就是常說的“縱向比較”和“橫向比較”。具體做法就是比較紅外熱成像圖中同類型設(shè)備對應(yīng)部位的溫升值來判斷設(shè)備是否正常。對于同類型的電壓致熱型設(shè)備，可根據(jù)其對應(yīng)點溫升值的差異來判斷設(shè)備是否正常。

（4）熱圖譜分析法。通過分析同類型設(shè)備在正常狀態(tài)和異常狀態(tài)下的紅外熱成像圖譜的差異來判斷設(shè)備是否存在熱缺陷。

（5）檔案分析法。就是建立設(shè)備在不同時期的紅外熱成像圖譜檔案，結(jié)合設(shè)備運行狀況、負(fù)荷率的大小、溫升等因素，分析判斷設(shè)備是否存在熱缺陷。

4.外部發(fā)熱故障應(yīng)用實例

變電設(shè)備外部發(fā)熱常見的主要是隔離開關(guān)觸頭、設(shè)備線夾及其他連接部件的發(fā)熱，可以根據(jù)上述5種常用檢測分析方法進(jìn)行綜合分析判斷。外部發(fā)熱故障的實例很多，本文不再具體列舉。

5.內(nèi)部發(fā)熱故障應(yīng)用實例

（1）氧化鋅避雷器內(nèi)部受潮故障

運行人員在對設(shè)備進(jìn)行例行紅外成像測溫時，發(fā)現(xiàn)某110kV線路A相避雷器最高為29.6℃，而B相最高溫度為23℃，C相最高溫度為23.3℃?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)A相避雷器在線監(jiān)測裝置指針已打滿格。帶電測試發(fā)現(xiàn)A相避雷器阻性電流和全電流偏大，停電試驗發(fā)現(xiàn)A相避雷器在75%U1mA電壓下泄漏電流明顯增大，達(dá)169μA，而B、C相試驗結(jié)果分別為18μA、16μA，判斷為A相避雷器內(nèi)部受潮，解體發(fā)現(xiàn)避雷器內(nèi)部閥片受潮。

（2）電流互感器內(nèi)部缺油故障

某供電公司110kV電流互感器B相運行中因長期滲漏油引起缺油。運行人員在用紅外成像儀進(jìn)行紅外測溫時，發(fā)現(xiàn)110kV某電流互感器B相（最高溫度38.1℃）整體溫度較A、C兩相（30.2℃）明顯偏高。

停電做高壓試驗和油色譜分析，發(fā)現(xiàn)B相CT介質(zhì)損耗已達(dá)7.313%，嚴(yán)重超出《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》中規(guī)定的互感器介損注意值1%。B相互感器油微水含量達(dá)43mg/L，超出《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》中規(guī)定的35mg/L的注意值。根據(jù)紅外成像檢測結(jié)果，結(jié)合高壓試驗結(jié)果和油微水分析，判斷B相電流互感器因滲油造成內(nèi)部受潮，絕緣強度降低，導(dǎo)致發(fā)熱。

結(jié)語

紅外熱成像技術(shù)能夠準(zhǔn)確有效地診斷出電氣設(shè)備外部發(fā)熱故障，清楚顯示電氣設(shè)備熱缺陷部位和嚴(yán)重程度，該技術(shù)與傳統(tǒng)的高壓試驗、油色譜分析技術(shù)相結(jié)合是診斷電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)熱故障的重要檢測手段。

參考文獻(xiàn)

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