應(yīng)用紅外成像技術(shù)對變電站電氣設(shè)備熱缺陷的診斷分析研究

王海鷹

【摘 ?要】運用紅外成像對儀器進(jìn)行測試，及時的查處設(shè)備故障點，爭取在短時間內(nèi)把故障排除，來讓電氣設(shè)備能夠迅速恢復(fù)正常工作狀態(tài)，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運行，給設(shè)備狀態(tài)化檢修提供有價值的參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】紅外成像;電氣設(shè)備;故障

引言

電力系統(tǒng)當(dāng)中存在的各種類型電氣設(shè)備，一般由于發(fā)生故障而引發(fā)設(shè)備運行的溫度狀態(tài)發(fā)生異常，所以，對電力設(shè)備這樣一種狀態(tài)的變化進(jìn)行監(jiān)測，能夠診斷出設(shè)備出現(xiàn)的故障。進(jìn)行電氣設(shè)備在線檢測的時候，紅外成像不僅是一項十分有效的技術(shù)方法，還是一個十分關(guān)鍵的內(nèi)容。電氣設(shè)備的紅外檢測與診斷工具具備很多優(yōu)點：不斷電、不接觸、不取樣、精準(zhǔn)、直觀、靈敏度高以及運用范疇廣泛等等，能夠輕松查找出多種設(shè)備的缺陷，對于保障電氣設(shè)備穩(wěn)定運行與提升設(shè)備運行可靠率具有十分關(guān)鍵的意義。

1 紅外成像的原理

紅外熱輻射是紅外線的別稱，其實質(zhì)上屬于一種波長為0.75-1000?m的電磁波。根據(jù)黑體輻射理論可以看出，絕對零度物體表面的溫度如果低于任何高度就會持續(xù)的輻射紅外線。絕對零度實質(zhì)上就是熱力學(xué)溫度的理論下限0K（開爾文），相當(dāng)于-273.15℃。依照斯蒂芬-玻爾茲曼定律，物體的表面每輻射一單元的紅外線能量和此單元絕對溫度的4次方成正比，并且與其表面的發(fā)射率成正比，公式如下：

2 變電站電氣設(shè)備常見熱缺陷的分析

（1）內(nèi)部熱故障的發(fā)熱過程通常比較長，并且能夠穩(wěn)定的發(fā)熱，和故障點接觸的固體、液體與氣體，均會發(fā)生熱傳導(dǎo)、對流與輻射，這其中和它相連的導(dǎo)體就是一個很好的導(dǎo)熱體，進(jìn)而把有很多和設(shè)備外殼距離不是很遠(yuǎn)的內(nèi)部故障所產(chǎn)生的熱量，源源不斷的傳輸至外殼，轉(zhuǎn)變了設(shè)備外表面的熱場分布。但是，針對多油的設(shè)備，因為它具備相對繁瑣的對流情況，內(nèi)部故障的溫度不容易傳導(dǎo)至設(shè)備的外部。

設(shè)備內(nèi)部的各種部件所發(fā)生的故障，主要包含以下幾種。

①電阻的損耗如果增加，就會引起發(fā)熱，其屬于電流效應(yīng)所導(dǎo)致的發(fā)熱。問題的根源通常是導(dǎo)電回路的接頭、連接件以及觸頭接觸不良，導(dǎo)致接觸的電阻變大，導(dǎo)致發(fā)熱。

②介質(zhì)損耗變大導(dǎo)致的發(fā)熱，其屬于電壓效應(yīng)造成的發(fā)熱。根源在于絕緣介質(zhì)的劣化、老化或者是受潮等因素，導(dǎo)致介質(zhì)損耗變大，導(dǎo)致發(fā)熱。

③鐵心與可導(dǎo)磁部位故障導(dǎo)致的發(fā)熱。通常體現(xiàn)在磁回路不正常所引發(fā)的磁滯渦流損耗增大而發(fā)熱等等。主要原因是因為設(shè)計不當(dāng)與絕緣不良等，從而導(dǎo)致局部磁短路與漏磁，造成局部過熱。

④電壓分布的不均勻引發(fā)的溫度變化。通常是因為電壓設(shè)備的內(nèi)部元器件的缺陷，造成的電壓分布異常，導(dǎo)致設(shè)備的溫度分布異常。比如說FZ-110避雷器（普閥式）因為第二節(jié)組件內(nèi)部受到潮濕的影響，導(dǎo)致各個節(jié)的電壓分布不正常，它的紅外熱像圖呈現(xiàn)為正常組件溫度超出正常溫度，受到潮濕影響的組件溫度比正常溫度低。

（2）外部的熱缺陷分析

外部故障實質(zhì)上就是外界能夠直接觀測到的設(shè)備部位所出現(xiàn)的問題。這其中包含以下兩種情況：

①因為設(shè)備的表面污穢或者機械力作用所引起的絕緣性能減小引發(fā)的過熱故障。

②長期暴露于大氣當(dāng)中的各種裸露電氣接頭因為接觸不良等因素所造成的過熱故障。

3 診斷變電站電氣設(shè)備紅外檢測的方法

迄今為止，變電站電氣設(shè)備利用紅外線診斷故障的方式，基本能夠歸結(jié)為6種，本文選取以下3種詳細(xì)說明：

（1）表面溫度判斷方法

該方法實質(zhì)上就是根據(jù)已經(jīng)制定的標(biāo)準(zhǔn)，遵循規(guī)定診斷設(shè)備溫度過熱的部位。依照直接檢測出的設(shè)備溫度，判斷設(shè)備的故障情況，制定出解決策略。比如《帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則》（DL/T664-2008）、《交流高壓電器在長期工作時的發(fā)熱》（GB763-1990）等等。

（2）相對溫度差判斷方法

“相對溫差法”主要是用于判斷是否存在電流型設(shè)備故障?！跋鄬夭睢睂嶋H上就是設(shè)備具有相同的情況或者基本相同（包含設(shè)備的型號、安裝的地點、環(huán)境溫度、表面情況以及負(fù)荷電流等等）的兩個對應(yīng)測量點間的溫度差，和其中相對較熱點溫升的比值的百分?jǐn)?shù)。如果溫度相對較低，特別是負(fù)荷電流小的情況下，設(shè)備的溫升值并未超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但是通過多次實踐證明這時的溫升值不能說明這一設(shè)備不存在缺陷或者故障，通常在加大負(fù)荷以后，或者環(huán)境溫度上升以后，便會造成設(shè)備的事故。針對相對溫差較大的設(shè)備缺陷，如果有條件改變其負(fù)荷率，能夠加大負(fù)荷電流以后再開始二次檢測，來確定設(shè)備所存在缺陷的性質(zhì)。如果不能加大負(fù)荷電流，便可以暫時定為是一般缺陷，并且注意后期的監(jiān)視。

（3）類比法

類比法簡單來講就是同種設(shè)備間相互比較，何為“同類”？實質(zhì)上就是同一回路的同型設(shè)備與同一設(shè)備的三相，也就是其工作狀況、環(huán)境溫度以及背景熱噪聲相同的同型設(shè)備。具體的做法就是對比同類設(shè)備的對應(yīng)部位溫度值，對比圖像就很容易判斷出設(shè)備是否存在問題，并且通過溫度差來對故障的嚴(yán)重程度進(jìn)行判斷。實行同類對比的時候，需要注意不能排除三相設(shè)備存在同時產(chǎn)生熱故障的可能性。如果三相負(fù)荷電流出現(xiàn)不對稱的情況，應(yīng)該思考負(fù)荷電流的影響。

4 總結(jié)

綜上所述，在紅外成像技術(shù)檢測方面，以后的路還很漫長，需要我們不斷的學(xué)習(xí)、不斷的總結(jié)，在不斷的發(fā)展中成長，給電氣設(shè)備預(yù)防性周期的延長提供保證，給狀態(tài)化檢修提供有價值的參考依據(jù)

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（作者單位：國網(wǎng)杭州供電公司）