红外成像技术在电气设备故障诊断中的应用

朱海貌，陈达，曹辉，冲

（国网浙江省电力公司温州供电公司，浙江温州325000）

红外成像技术在电气设备故障诊断中的应用

朱海貌，陈达，曹辉，刘冲

（国网浙江省电力公司温州供电公司，浙江温州325000）

描述了红外成像技术在温州电网的应用情况，对温州地区4起典型的电力设备发热案例做了分析介绍，表明了通过红外测温可发现绝缘故障、套管渗漏油、损耗异常增大、末屏虚接等电气设备故障，通过跟踪分析发现缺陷，可为进一步的检修决策提供有效依据。

电气设备；红外成像；发热；故障诊断；典型案例

电气设备在运行中会因为故障而引起其表面及内部的温度异常变化，通过监视这种温度变化，可以对设备的故障情况作出判断。电力系统采用的红外成像技术就是根据这个原理发展起来的，与传统的例行试验和诊断试验相比，红外成像具有不接触、不解体、准确、直观等优势[1]，备受国内外电力行业的重视，并得到了快速发展。利用红外成像技术对电气设备的状态进行监测，根据其劣化和缺陷严重程度来制定检修策略，适时安排停电检修，可有效提高设备的可靠性，节约检修的人力和物力。本文针对近年迎峰度夏期间温州地区的变电所红外测温情况，选取其中的典型案例进行介绍、分析，并在此基础上提出今后电气设备红外测温应注意的事项。

1 红外检测在温州电网的应用情况

近年来，随着状态检修的推广，红外测温技术已经在温州电网得到了广泛应用，成为状态检测的重要手段。运行检修人员从最初使用的红外点温仪到目前的非致冷焦平面红外热像仪，逐步掌握了红外成像的测试和故障诊断方法，并根据《浙江电网输变电带电检测规程》的周期要求，采用巡视、迎峰度夏期间的专业红外成像以及疑似缺陷的红外跟踪相结合的方式，发现了大量电气设备接触不良、绝缘缺陷、放电等各种类型故障。以2011年对温州地区110 kV及以上变电所迎峰度夏红外检测为例，发现主变压器缺陷21例，电缆缺陷4例，穿墙套管缺陷5例，电容器缺陷9例，导线断股缺陷9例，电压制热型缺陷3例，疑似放电缺陷7例。在这些缺陷中，有紧急缺陷6起、占10.3%，重要缺陷15起、占25.9%，一般缺陷37起、占63.8%。缺陷原因以接头接触不良、涡流损耗较大为主，部分设备存在较严重的绝缘问题。针对这些故障和疑似缺陷，检修部门采取了相应的措施，消除了安全隐患，极大地提高了电网的可靠性和安全性。

2 红外测温典型案例

2.1 红外测温发现避雷器内部受潮

2011年10月8日，温州供电公司检修人员在夜间对某220 kV变电所进行红外测温时，发现2号主变压器110 kV避雷器A相温度异常，测试时气温为26℃。A相红外成像图谱见图1。

图1 异常避雷器红外成像图谱

图谱显示：避雷器A相第五节瓷裙处有1点温度为34.1℃，明显高于该节避雷器其他部位，B相、C相温度与环境温度接近，A相与B相、C相间温差达8.1℃。避雷器属于电压致热型设备，由于表面瓷套无破损痕迹，该处温度偏高应由避雷器内部缺陷引起，考虑到绝缘层热传导系数的影响，A相避雷器内部温升已很高[2]。

结合避雷器带电检测数据（如表1所示），阻性电流占全电流超过50%，出现明显异常。由于该组避雷器于2011年6月投运，运行时间仅4个月，怀疑避雷器制造工艺存在缺陷。

表1 故障避雷器带电测试数据

为保证电网安全可靠运行，决定对该避雷器实施停役更换。对故障避雷器施加63.5 kV的工频运行电压，测得泄漏电流、阻性电流与运行时一致，局放量达950 pC。直流泄漏电流测试也显示A相测试数据与其余2相及历史值存在巨大差异，试验数据如表2所示。

表2 故障避雷器直流泄漏试验数据

随后对该避雷器进行了解体检查，发现瓷套内部严重受潮，电阻片间的白色合金出现氧化，芯体下部金属导杆严重锈蚀，避雷器电阻阀片有1处破损，破损位置与红外测温的发热点相吻合。分析其受潮原因为生产该避雷器时，下盖板与避雷器腔体间的密封圈漏装。

虽然该避雷器的组装工艺存在问题，但投运前交接试验均正常。而运行一段时间，经历各种工况和天气后，工艺缺陷才得以暴露，因此对新投运变电所的红外成像测试非常必要。

2.2 红外成像发现主变压器套管油位偏低

2011年8月22日，在对温州供电公司某220 kV变电所进行红外测温时，发现2号主变压器B相套管油位异常，红外图谱显示油位明显偏低，该相套管油位计指示为零，红外成像图谱如图2所示。由于该型套管无取油样工作，现场检查未发现套管外部有破损渗漏油，3相高压套管从顶部到升高座之间的表面温度场分布基本一致，说明无过热现象，由此推断套管底部密封损坏，导致套管油与主变压器本体油路贯通。

图2 2号主变压器套管红外成像图谱

套管缺油后，会使顶部部分电容屏露出油面。由于空气的击穿电压远低于绝缘油，长时间露出油面的电容屏很容易被击穿。而未击穿的电容屏由于场强增大，超过其设计值，也会逐渐击穿，最终导致套管内部整体击穿。由于缺乏备用套管，为保证安全起见，对该主变压器进行了跟踪红外测温。发现随着气温以及油温的变化，套管的油位也随着主变压器本体油位发生一定的变化，但未发现由局部放电而引起的过热现象。10月底，备件套管到位后，对B相套管进行了更换并顺利投运。

故障原因分析：将故障套管吊出后，发现套管瓷套与套管法兰间的密封件脱落，2个油室密封不严造成贯通。套管油室中的油位较高，压力较大，在压力作用下套管中的油流向主变压器本体油室，套管顶部油室压强降低[3]。由于变压器本体油室与大气贯通，当套管顶部油室压强降低到大气压强时，达到新的平衡状态，高压套管中的油位停止下降，保持在某一位置，从而造成套管油位偏低。

运行的充油设备，由于内部油气部分存在温度差，从而在红外成像图谱中形成清晰可辨的分界面，据此可判断出设备的油位。而目前运行部门大多仍在使用点温仪，只能测量目标点的温度值，因此不能有效反映设备油位。

2.3 红外成像发现穿墙套管支撑板过热

2011年7月12日，对某110 kV变电所进行红外测温，发现1号主变压器10 kV穿墙套管支撑板存在明显的发热现象，A相与B相、B相与C相穿墙套管之间的钢板温度均超过100℃，如图3所示。测试时环境温度33.7℃，运行电压10.34 kV，负荷电流1 684.3 A。而在随后的其他变电所测温中，亦发现有类似情况。

图3 过热的穿墙套管红外图谱

原因分析：检查发现该变电所穿墙套管支撑板采用普通钢板且未开口，造成电流在钢板中产生较强的环流磁通，涡流损耗引起铁板发热。而涡流损耗会随着负荷电流增加而急剧增大，在迎峰度夏期间，负荷较重，环境温度较高，钢板发热尤为明显。而发热也会使套管使用寿命受到影响，严重威胁电网的安全可靠运行。此外，在检查过程中，通过红外测温，也发现了较多漏磁通引起的主变压器螺栓发热等现象。

针对钢板发热这一情况，检修人员考虑若采用切缝处理切断套管支撑板磁流环路的方法，可能造成支撑板机械强度下降。而高锰低磁钢具有强度高、韧性大等特点，由于碳、锰含量高，因此钢的导热能力较差[4]。将普通钢板更换为高锰低磁钢后，在大负荷及高温背景下，红外测温显示套管板温度已恢复正常。

2.4 红外测温发现电流互感器末屏放电

2011年7月19日，检修人员对某220 kV变电所进行红外测温，检测时刚下过阵雨，空气湿度较大。发现220 kV母联开关C相电流互感器端子箱局部温度异常，测温仪显示最高温度达183℃（环境温度28.4℃），存在严重的安全隐患。

随后立即对该电流互感器进行了停电处理。检查发现套管电容量与介损正常，5个二次绕组均无开路现象，但二次端子箱锈蚀严重，其末屏通过端子箱外壳接地，而外壳已完全锈蚀，出现部分锈铁脱落，从而导致末屏接地不良。

原因分析：该变电所所在区域皮革、电镀等高污染企业密集，当地空气污染较严重，造成了该变电所电气设备锈蚀严重。而该型号的末屏接于端子箱外壳，一旦出现外壳锈蚀或脱落，就存在末屏悬空的安全隐患。当末屏失去接地时，末屏对地存在电容，与主电容起到串联分压作用。与电流互感器的主电容量相比，末屏对地电容量较小，根据分压原理，套管将出现较高悬浮电位，从而造成末屏对地的局部放电，引起发热。

由于该类型的电流互感器锈蚀严重并非个例，存在巨大的安全隐患，检修人员对类似的多个变电所进行了排查，发现多台电流互感器存在末屏断开的风险。检修部门结合工作计划对隐患电流互感器进行更换，未更换的进行停电防腐处理后，将其末屏引出至设备支架上，确保末屏可靠接地。采取上述措施之后，红外成像检测再未发现电流互感器端子箱异常温升。

3 结论与建议

（1）通过红外成像检测可以发现多种类型的电气设备故障，如电压致热型设备绝缘故障、油浸设备缺油故障、涡流引起的损耗增大以及悬浮电位放电故障等。红外成像仪比点温仪更容易与周围设备或相间做对比，也更容易反映充油设备油位等信息。

（2）电流致热型设备的负荷电流和电压致热型设备的运行电压对设备发热的影响很大，检测时应在高峰负荷和额定电压下进行。对于避雷器等电压致热型设备，红外测温时还应考虑绝缘层热传导系数的影响，即使红外测温测试到设备外部温升不高，仍应予以重视。

（3）室外检测应在日出之前、日落之后或阴天进行，检测时应记录环境温/湿度。对于放电类故障，湿度较大时放电明显，温升也会更加明显。因此跟踪检测应选择合适的气象条件。

（4）投运前电气试验数据正常的电气设备，投入运行后，在电流或电压以及各种气象条件的综合作用下，设备状态可能发生较大变化，因此对新投运变电所的红外成像测试非常必要。

[1]张攀.红外线测温在判断电气设备热故障中的应用[J].湖北电力，2009（4）∶28-29.

[2]朱海貌，黄锐，夏晓波，等.金属氧化物避雷器带电检测数据异常的诊断及分析[J].电瓷避雷器，2012（2）∶68-71.

[3]孟庆大，杨敏祥，毛婷.一起500 kV高压套管油位低缺陷的分析与处理[J].电瓷避雷器，2013（1）∶12-15.

[4]曹辉，陈长杰，万晓.变电站内开关室穿墙套管板发热原因分析及处理[J].电气工程与自动化，2012（12）∶9-10.

（本文编辑：徐晗）

Application of Infrared Imaging Technology in Fault Diagnosis of Electrical Equipment

ZHU Haimao，CHEN Da，CAO Hui，LIU Chong
（State Grid Wenzhou Power Supply Company，Wenzhou Zhejiang 325000，China）

The paper expounds application of infrared imaging technology in Wenzhou power grid.It analyzes and introduces four typical heat cases of electrical equipment in Wenzhou，indicating that infrared temperature measurement can detect electrical equipment faults such as insulation faults，oil leakage of bushing,abnormal increase of loss and fake connection of end shield as well as detect the defects through tracking and analysis，which can provide effective basis for further decision-making of maintenance.

electrical equipment；infrared imaging；heat；fault diagnosis；typical case

TM764

：B

：1007-1881（2014）08-0025-03

2014-05-27

朱海貌（1982-），男，浙江温州人，工程师，硕士，从事高压电气试验工作。