紅外診斷技術(shù)在電網(wǎng)的幾種典型應(yīng)用

楊靜忠

【摘 要】紅外技術(shù)是隨著近代光電子技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的一個嶄新的技術(shù)領(lǐng)域。近年來，紅診斷技術(shù)被運(yùn)用到各領(lǐng)域中，并取得了顯著的效果。電力設(shè)備紅外檢測技術(shù)具有遠(yuǎn)距離、不接觸、準(zhǔn)確、實時、快速等特點，能夠在不停電、不取樣、不解體的情況下快速實時地診斷電力設(shè)備的大部分故障，可作為電力設(shè)備狀態(tài)檢測的一種很好的手段。紅外診斷技術(shù)采用被動式檢測，簡單方便，實現(xiàn)大面積快速掃描成像，有效地促進(jìn)智能化診斷發(fā)展。本文主要分析了紅外診斷的原理、特點，并探討了紅外診斷技術(shù)在電網(wǎng)的幾種典型應(yīng)用。有不對之處，請批評指正。

【關(guān)鍵詞】紅外診斷技術(shù)；電網(wǎng)；原理；應(yīng)用

紅外技術(shù)是一門綜合性的科學(xué)技術(shù)，它是現(xiàn)代物理學(xué)和無線電電子學(xué)的重要分支。紅外診斷技術(shù)能快速實時地在線監(jiān)測和診斷電力設(shè)備的大多數(shù)故障，防止電氣設(shè)備損壞和由于這些設(shè)備損壞而導(dǎo)致的電網(wǎng)大面積停電事故發(fā)生。近年來，紅外診斷技術(shù)越來越多地用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中，并獲得了良好效果。筆者結(jié)合實際經(jīng)驗，分析了紅外診斷技術(shù)在電接觸不良過熱，絕緣劣化過熱和渦流引起過熱中的應(yīng)用要點，并探討了其應(yīng)用過程中存在的問題與發(fā)展趨勢。拋磚引玉，以期為促進(jìn)電網(wǎng)穩(wěn)定、安全的運(yùn)行盡上綿薄之力。

1紅外診斷技術(shù)的基本原理

在電力系統(tǒng)中，許多電氣設(shè)備和熱能動力設(shè)備故障都是以設(shè)備相關(guān)部位的溫度或熱狀態(tài)變化為征兆表現(xiàn)出來的，與其相應(yīng)的紅外輻射能量可由紅外熱像儀進(jìn)行檢測，由于不同的溫度及溫度變化，物體發(fā)射的紅外輻射能量有很大的差異，二者之間存在著一個對應(yīng)關(guān)系，而根據(jù)熱傳導(dǎo)規(guī)律，物體表面溫度完全取決于物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，物體材料的熱物理性能，內(nèi)部的熱擴(kuò)散以及表面與外界環(huán)境的熱交換。因此分析處理紅外熱像儀的記錄結(jié)果，結(jié)合一定的數(shù)學(xué)處理和計算，就可以“透視”物體內(nèi)部溫度場，從而獲得與此相關(guān)的其他信息，以對各種熱設(shè)備是否正常工作，是否存在事故隱患以及程度如何作出定性分析和定量診斷。這就是電力設(shè)備故障紅外熱診斷的基本原理。

2紅外診斷的技術(shù)特點

與傳統(tǒng)的預(yù)防性試驗和離線診斷相比，紅外診斷方法具有以下的技術(shù)特點：

（1）不接觸、不停運(yùn)、不取樣、不解體。紅外診斷方法是一種遙感診斷方法，在檢測過程中，始終不需要與運(yùn)行設(shè)備直接接觸，不需要像色譜分析那樣進(jìn)行取樣，也不需要像預(yù)防性試驗?zāi)菢舆M(jìn)行設(shè)備解體或接觸式測試。（2）采用被動式檢測，簡單方便。紅外檢測基于探測運(yùn)行設(shè)備自身發(fā)射的紅外輻射能量，不需要像超聲波或X射線無損檢測那樣另備輔助信號源，也不需要像常規(guī)預(yù)防性試驗?zāi)菢拥母黝悪z測裝置，具有診斷手段單一、操作方便的特點。（3）可實現(xiàn)大面積快速掃描成像，狀態(tài)顯示快捷、靈敏、形象、直觀，檢測效率高，勞動強(qiáng)度低。紅外診斷適用面廣，效益/投資比高。（4）易于進(jìn)行計算機(jī)分析，促進(jìn)向智能化診斷發(fā)展。（5）有利于實現(xiàn)電力設(shè)備的狀態(tài)管理和向狀態(tài)維修體制的過渡。

3紅外診斷技術(shù)在電網(wǎng)的幾種典型應(yīng)用

3.1電接觸不良過熱

紅外能直觀觀察的電接觸點過熱一般位于套管柱頭與導(dǎo)線連接處、導(dǎo)線T接位接頭和隔離開關(guān)觸頭等金屬連接部位。

導(dǎo)體與導(dǎo)體之間形成電接觸時，根據(jù)發(fā)熱功率P=I2R（I為負(fù)荷電流，R為接觸電阻）可知，接觸電阻越大發(fā)熱越嚴(yán)重。接觸電阻大小與接觸壓力、導(dǎo)體材料和導(dǎo)體表面幾何尺寸及銹蝕程度有關(guān)。如果電接觸出現(xiàn)松動或者電接觸部位發(fā)生銹蝕等現(xiàn)象均會導(dǎo)致發(fā)熱異常。通過紅外測溫能直觀的發(fā)現(xiàn)這類缺陷，從而可以進(jìn)行有針對性的處理如重新緊固接觸點、更換觸頭元件和清除臟污銹蝕表面等。

3.2絕緣劣化過熱

絕緣劣化主要是內(nèi)絕緣劣化致介損升高，外絕緣劣化致表面泄漏電流增加。介損升高和泄露電流增加均會引起電力設(shè)備發(fā)熱功率增加，結(jié)果是設(shè)備表面溫度升高。通過紅外測溫捕捉異常溫升，能夠初步預(yù)斷運(yùn)行設(shè)備存在缺陷。具體缺陷產(chǎn)生的原因還需要結(jié)合其他電氣和化學(xué)試驗進(jìn)行綜合判斷，如介損超標(biāo)、油品不合格、匝間短路、局部放電等因素。

運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)500kVCVT出線端板異常發(fā)熱，經(jīng)拆蓋后發(fā)現(xiàn)里面有積水現(xiàn)象。在潮濕的環(huán)境中，中間變部位發(fā)生介損上升、絕緣電阻下降嚴(yán)重的現(xiàn)象。由于絕緣劣化導(dǎo)致了其發(fā)熱嚴(yán)重，紅外熱像儀捕捉了這一現(xiàn)象，為進(jìn)一步進(jìn)行故障排查提供了直觀的依據(jù)。事后分析發(fā)現(xiàn)受潮原因是由于出線端板設(shè)計不合理導(dǎo)致雨水滲入。設(shè)計不合理很有可能出現(xiàn)家族性缺陷，然后對電網(wǎng)此設(shè)備廠家的500kVCVT進(jìn)行了全面排查。排查過程中發(fā)現(xiàn)近一半運(yùn)行中的此廠家生產(chǎn)的500kVCVT絕緣電阻嚴(yán)重降低、介損值嚴(yán)重偏高，對于絕緣劣化嚴(yán)重的無法加壓測量介損值。最后對這個廠家的此類產(chǎn)品進(jìn)行了全面整改，直至絕緣水平合格，密封性達(dá)標(biāo)。紅外測試診斷對這一起影響范圍較大重大缺陷的發(fā)現(xiàn)起到了至關(guān)重要的作用。

穿墻套管下截表面溫度發(fā)熱異常。發(fā)熱的原因有兩種可能：一種可能是套管內(nèi)絕緣即油紙絕緣劣化導(dǎo)致介損超標(biāo)，絕緣電阻下降，泄漏電流增加引起發(fā)熱；另一種可能是表面臟污潮濕，外絕緣水平降低，導(dǎo)致表面泄漏電流增加引起發(fā)熱。這種情況的處理辦法一般是先將表面瓷套沖刷干凈，然后進(jìn)行紅外測溫，如果合格，表明就是表面臟污潮濕引起外絕緣水平下降；如果紅外測溫結(jié)果依然是發(fā)熱異常，表明可能是內(nèi)絕緣水平下降。則需要進(jìn)一步診斷內(nèi)絕緣狀態(tài)，包括介損測量、絕緣電阻測量等。

3.3渦流引起過熱

套管導(dǎo)電桿、主變繞組、CT導(dǎo)電桿等傳導(dǎo)交流電流的導(dǎo)體在周圍會產(chǎn)生時變磁場，在磁場中的導(dǎo)磁材料會產(chǎn)生渦流現(xiàn)象。當(dāng)傳導(dǎo)電流較大時，渦流損耗嚴(yán)重，引發(fā)鐵磁材料發(fā)熱加劇，引起過熱。

某110kV主變變低套管升高座溫度最高達(dá)122攝氏度，嚴(yán)重過熱。初步判斷為渦流引起升高座發(fā)熱。變低的電流一般為2kA左右，在套管周圍產(chǎn)生比較大的磁場環(huán)境，導(dǎo)磁材料在強(qiáng)磁場下形成的渦流損耗功率較大，因而會引起發(fā)熱現(xiàn)象。此后聯(lián)系變壓器生產(chǎn)廠家進(jìn)行討論，再一次驗證了升高座所用材料含有導(dǎo)磁成分的材質(zhì)偏多，造成面板部分導(dǎo)磁，運(yùn)行時在面板上形成渦流。一般此類部件應(yīng)該選用采用高純度的低磁鋼板或無磁鋼板。

分析缺陷產(chǎn)生的原因后對缺陷進(jìn)行處理，處理方法為將原來的導(dǎo)磁面板進(jìn)行斷磁。將磁質(zhì)材料中間切割一條帶口，阻斷了導(dǎo)磁的磁路，從而消除了渦流產(chǎn)生的條件。之后將無磁材料面板覆蓋到原來的面板上，進(jìn)行重壓使新面板與原面板無間隙壓接，并進(jìn)行焊接打磨等一系列處理，完成消缺任務(wù)。

4紅外診斷技術(shù)在電網(wǎng)應(yīng)用存在的問題與展望

盡管紅外熱診斷具有傳統(tǒng)檢測不可比擬的優(yōu)點和適用范圍，但也存在著一些亟待解決的問題。目前，雖然研究了一些類型設(shè)備在一定條件下的紅外熱診斷方法，但對于紅外熱診斷的基礎(chǔ)理論核心問題———導(dǎo)熱反問題的研究仍然遠(yuǎn)不能滿足紅外熱診斷的需求，這是制約紅外熱診斷技術(shù)發(fā)展的一個主要問題。其次，紅外熱診斷內(nèi)部缺陷主要還處于理論研究和實驗室研究階段。從紅外熱診斷的發(fā)展過程可以看出，紅外熱診斷已經(jīng)從簡易的外部診斷向難度大的內(nèi)部診斷進(jìn)行過渡，隨著導(dǎo)熱反問題研究的深入和高速、大內(nèi)存計算機(jī)與數(shù)值計算方法的進(jìn)一步發(fā)展，紅外熱診斷技術(shù)必將更加成熟、更加廣泛適用。

參考文獻(xiàn)：

[1]電氣設(shè)備故障紅外診斷技術(shù)的應(yīng)用[J].張勇.沿海企業(yè)與科技.2018（05）

[2]紅外熱像技術(shù)在電氣設(shè)備故障檢測中的應(yīng)用[J].哈蘭.安全.2017（12）

[3]紅外診斷技術(shù)在設(shè)備狀態(tài)檢修中的應(yīng)用[J].趙國華.中國科技信息.2010（24）

[4]紅外診斷技術(shù)在電力設(shè)備故障檢測中的應(yīng)用[J].崔濤.中州煤炭.2018（06）

[5]紅外熱像儀的原理及其在電氣設(shè)備檢測中的應(yīng)用[J].夏杰.硅谷.2012（10）

（作者單位：國網(wǎng)晉中供電公司）