架空輸電線路故障診斷中紅外測溫技術(shù)的運(yùn)用

韋海坤 柳竺江 嚴(yán)俊韜

電氣設(shè)備維護(hù)中經(jīng)常用到的一種十分重要的科學(xué)技術(shù)便是紅外測溫技術(shù)。運(yùn)用紅外測溫設(shè)備能夠提前檢測到可能出現(xiàn)故障的位置，避免過熱，還能將預(yù)防性試驗維修升級至預(yù)知狀態(tài)檢修，防患于未然。針對目前架空輸電線路負(fù)荷電流攀升以致線路故障的問題，本研究介紹了使用紅外測溫技術(shù)進(jìn)行故障診斷的方法，詳細(xì)說明了紅外測溫技術(shù)的技術(shù)分析和理論依據(jù)，從導(dǎo)線的連接形式、環(huán)境因素、施工質(zhì)量方面對影響導(dǎo)線溫度的因素進(jìn)行分析，并引實例驗證。

紅外測溫;架空線路;導(dǎo)線溫升

我國工業(yè)用電和居民用電負(fù)荷的不斷增長，架空輸電線路負(fù)荷隨之不斷升高。導(dǎo)線接頭處由于受到輸電線路負(fù)荷變化的影響，長時間運(yùn)行使其接觸電阻變大，機(jī)械強(qiáng)度下降，嚴(yán)重情況甚至?xí)l(fā)生接頭燒熔、斷線事故。紅外測溫法由于其操作簡便、測量精度高，被廣泛用于對電力設(shè)備進(jìn)行測溫，主要的操作儀器有紅外點溫儀和紅外熱成像儀等。

紅外測溫儀的原理是被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形被紅外探測器、光學(xué)成像物鏡接收并反映到紅外探測器的光敏元上。光機(jī)對被測物體展開掃描，并將其紅外熱像投射到單元或分光探測器之上，再由探測器將紅外輻射信號轉(zhuǎn)換成電信號，并將信號放大，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)視頻信號通過電視屏或監(jiān)測器顯示為紅外熱像圖。熱像圖與物體的熱分布場相對應(yīng)，它的實質(zhì)是被測目標(biāo)物體地各部分熱像圖所反映出的是物體的熱分布場，它實際上就是被測物體各部分的紅外輻射熱像分布圖。由于傳導(dǎo)的信號非常微弱，與可見光圖像相比，熱像圖缺少一定的形象和立體感。因此，在現(xiàn)實的操作技術(shù)中，為了得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果，技術(shù)人員常采用一些其他技術(shù)來補(bǔ)充儀器實際應(yīng)用功能，如對比度與亮度的控制，以及偽色彩描繪等技術(shù)。

導(dǎo)線發(fā)生斷股或斷股補(bǔ)修的地方出現(xiàn)溫度過高的情況，導(dǎo)線接頭壓接管的接觸電阻過大、架空線路桿塔上的引流線夾或跳線夾與耐張線夾等的螺栓松動是導(dǎo)致架空輸電線路中的導(dǎo)線故障的主要原因。在我國，架空輸電線路中運(yùn)用的接續(xù)金具主要有鉗壓、液壓和螺栓連接等十幾類，共一百多種型號。耐張液壓管、耐張爆壓管、C型線夾等相互連接形成了架空輸電線路導(dǎo)線的接頭。其中C型線夾、并溝線夾多為螺栓式，耐張管多為液壓型和爆壓型，被稱為壓縮連接件。架空輸電線路導(dǎo)線的C型線夾、并溝線夾和壓縮連接件都安裝在導(dǎo)線表面，在電路中是串聯(lián)的關(guān)系，連接件中通過的負(fù)荷電流與導(dǎo)線中通過的電流相同，但是由于各接頭截面積大于導(dǎo)線截面積，接頭處負(fù)荷電流會更大。這是因為一般導(dǎo)線與連接件之間接觸電阻很低，它們之間可以形成很好的電氣連接，在正常情況下，導(dǎo)線接頭處的溫度一般不會過高。而當(dāng)初始壓力過大時，熱循環(huán)會加快劣化，縮短使用壽命，同時接觸電阻增大。

由于導(dǎo)線中有負(fù)荷電流通過，其運(yùn)行時的溫度總會比環(huán)境溫度高一些，紅外成像技術(shù)可以將這個特征很好地表現(xiàn)出來。正常情況下，導(dǎo)線相對于環(huán)境溫度的溫升值大小受到日照強(qiáng)度、周圍空氣對流散熱、線路負(fù)荷的大小以及對流散熱與輻射散熱的強(qiáng)弱等的影響，正常運(yùn)行時，導(dǎo)線的溫升隨導(dǎo)線中通過的負(fù)荷電流密度的平方正比例增加。影響導(dǎo)線在空氣中的散熱的主要是流經(jīng)導(dǎo)線表面的風(fēng)速，對載流線路導(dǎo)線溫升隨電流密度及風(fēng)速的變化規(guī)律進(jìn)行深入研究，可以為架空輸電線路故障的紅外檢測提供可參考的的科學(xué)依據(jù)。經(jīng)過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流密度和溫升都相對較小時，風(fēng)速造成的影響也相對較小;電流密度及溫升越大，風(fēng)速的影響也就越大。太陽輻射引起的載流導(dǎo)線附加溫升也將隨氣象情況、季節(jié)、地理位置及檢測時間變化。從量值來看，導(dǎo)線附加溫升隨日照強(qiáng)度成正比例增長，從時間來看，導(dǎo)線附加溫升相對于日照強(qiáng)度的變化滯后要稍微滯后。日照強(qiáng)度一般在上午11時30分達(dá)到最大值，而導(dǎo)線附加溫升約在13時達(dá)到最大值，比日照強(qiáng)度變化滯后約1.5h。這種情況可以用架空輸電線路導(dǎo)線的熱慣性來解釋。綜上所述，為了避免太陽輻射對作業(yè)造成影響，進(jìn)行架空高壓輸電線路故障的紅外檢測作業(yè)應(yīng)該選擇在上午10時以前無風(fēng)并且陰而無雨的天氣。

受環(huán)境限制，施工現(xiàn)場一般無法檢查出接頭處是否接觸不良，施工時接觸電阻過大的接頭是十分常見的。造成該隱患的主要原因例如線材質(zhì)量差，導(dǎo)線接頭在爆壓前未進(jìn)行打磨，使得氧化物、硫化物及其他污穢附著于導(dǎo)線表面。長期在野外環(huán)境中運(yùn)行，振動、擺動、電動力沖擊會造成連接松動，周期性通斷造成線路部件頻繁熱脹冷縮，或由于環(huán)境變化造成機(jī)械零件性能降低等都是造成導(dǎo)線接頭接觸不良的重要原因。一般來說，合格的連接件其接觸電阻率是很小的，由電阻損耗產(chǎn)生的發(fā)熱功率很少，溫升較低，也不易形成表面氧化膜，因此其接觸電阻較低而穩(wěn)定。相應(yīng)的，連接不良的導(dǎo)線接頭連接件接觸電阻率相對較高，電阻損耗引起的發(fā)熱功率較高，溫升也相對較大。溫度升高的同時，各種物理或化學(xué)變化的速率也加快，促使連接件接觸面發(fā)生氧化反應(yīng)，接觸電阻阻值也不穩(wěn)定。這種接觸電阻與過熱溫升之間的周而復(fù)始的惡性循環(huán)過程，最終會導(dǎo)致導(dǎo)線接頭部分的機(jī)械強(qiáng)度降低，變長以及變細(xì)，甚至還會斷開。當(dāng)輸電線路受到雷擊或者發(fā)生短路時，極大的電流在很短的時間內(nèi)通過接頭處，十分容易造成導(dǎo)線接頭處燒斷。

3.?

與同樣長度的導(dǎo)線相比，由同種材料構(gòu)成的良好導(dǎo)線接頭直徑大于導(dǎo)線直徑，所以，良好導(dǎo)線接頭的熱像特征表現(xiàn)為相對于線路導(dǎo)線有負(fù)的溫升。也就是說，一般情況下正常導(dǎo)線接頭在設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行時的溫度是比線路溫度低的。由此可以看出，在對架空輸電線路導(dǎo)線接頭進(jìn)行紅外檢測時，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線接頭與1m以外導(dǎo)線的相對環(huán)境溫升相等，就表明該導(dǎo)線接頭已存在接觸不良缺陷。架空輸電線路導(dǎo)線軸向溫度分布在不同的運(yùn)行參數(shù)時趨勢大致相同。也就是說，當(dāng)電流變化范圍很大時，從距出現(xiàn)故障位置約1m處開始，到無窮遠(yuǎn)處，沿導(dǎo)線軸向的溫度是逐漸趨于穩(wěn)定的。由此可以得出結(jié)論：在對故障線路進(jìn)行紅外檢測時，按照導(dǎo)線接頭故障發(fā)熱的狀態(tài)沿導(dǎo)線軸向溫度變化的分布特征，以距故障接頭1 m處作為參考點，利用其溫升值來衡量故障導(dǎo)線接頭相對于導(dǎo)線的溫升，并據(jù)此來評價故障發(fā)生的嚴(yán)重程度，得出的結(jié)果是可靠的。另外，由于良好導(dǎo)線接頭的溫度應(yīng)低于線路導(dǎo)線溫度，當(dāng)檢測到接頭相對于1m以外導(dǎo)線溫升為零時，該導(dǎo)線接頭處可能會發(fā)生故障。

4.?

2012年9月，110kV渤城線2號塔U相大號側(cè)耐張線夾引流板87℃。搶修后調(diào)查了解到，由于耐張線夾連接板與引流線連接板在施工安裝中都被裝反了，已經(jīng)嚴(yán)重?zé)龎模B接螺栓也已經(jīng)燒斷。另外由于接觸面連接不緊密，線路會容易受到雨雪、有害氣體以及酸堿鹽等有害物質(zhì)的腐蝕和污染，以致金具連接處發(fā)生氧化并過早老化;110kV渤城線2號位于海邊強(qiáng)風(fēng)區(qū)，為同塔四回線路，該處引流距地面約56m，由于常年受強(qiáng)風(fēng)影響，連接板的螺栓發(fā)生松動，其接觸電阻增大。

架空輸電線路中的耐張線夾及直線接續(xù)金具受到施工工藝、運(yùn)行環(huán)境、機(jī)械作用、運(yùn)行老化等因素影響，會產(chǎn)生連接螺栓松動、接觸面氧化、接觸電阻增大等問題影響設(shè)備運(yùn)行。作為一種成熟的、高效的檢測手段，紅外測溫診斷被廣泛應(yīng)用于架空線路狀態(tài)檢測中。利用紅外點溫儀和遠(yuǎn)紅外熱成像儀作為檢測儀器，可實時掌控設(shè)備的運(yùn)行狀況，迅速確認(rèn)故障位置，為線路狀態(tài)的檢修提供準(zhǔn)確和可靠的數(shù)據(jù)，以盡早排除輸電線路接頭、耐張線夾等設(shè)備中存在的隱患。

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職工創(chuàng)新項目名稱：應(yīng)用可穿戴技術(shù)的輸電設(shè)備現(xiàn)場型全維度紅外測溫裝置研制（031900KK52190018）