红外热成像仪在变电站巡视检查中的应用

赵俊杰 刘相兴 牛东涛

(国网菏泽供电公司,山东菏泽 274000)

红外热成像仪在变电站巡视检查中的应用

赵俊杰 刘相兴 牛东涛

(国网菏泽供电公司,山东菏泽 274000)

变电站巡视检查过程中,通过使用红外热成像仪对电气设备进行检测,及时发现电气设备运行中的异常和缺陷,大大降低了设备的损坏率,为设备安全运行和状态检修提供有利的帮助。

红外热成像仪 变电站 巡视检查

1 引言

在电力系统中，电力设备的安全直接关系着电网能否正常运行、工农业和居民生活用电是否稳定可靠。设备的安全除了其本身的质量问题以外，对设备安全造成最大危害的就是设备在运行过程中发热而产生的缺陷。依据红外测温基本定律制成的红外测温设备在现代电力系统的运行中有着极有效的应用，使用红外热成像仪在电网大负荷、特殊运行方式等情况下对设备巡检，能及时发现设备隐患，为设备状态检修提供有利的帮助。红外测温技术在变电站巡视中的应用十分广泛，也有着很好的效果。随着科技的进步，伴随着用电规模的扩大，合理、正确使用红外测温来检测设备的运行状况，对及时发现设备存在的缺陷，提高供电质量就显得至关重要。

2 红外测温原理与技术应用

在自然界中一切温度高于绝对零度(-273．16℃)的物体都不断地辐射着红外线，这种现象称为热辐射。红外诊断技术正是通过吸收这种红外辐射能量，测出设备表面的温度及温度场的分布，从而判断设备发热情况。

根据红外辐射的基本定律可知：一个被测物体的表面辐射系数一定时，它的辐射功率与其绝对温度t的四次方成正比。因此，对物体表面温度的检测就变成为对其辐射功率的检测。物体的辐射功率与它的材料、结构、尺寸、形状、表面性质、加热条件及周围的环境和其内部是否有故障、缺陷等诸多因素是密切相关的。当被测物体其他条件不变的情况下，仅仅是产生了故障和缺陷，那么它的表面温度场分布将会发生相应变化；若被测物体的材料特性发生异常，其表面的温度也相应改变，因而应用红外进行温度的检测，可以为分析被测目标的现有状态提供极好的信息。这就是红外测温和红外诊断的基本原理。

基于这些原理发展而成的红外热成像技术是通过对电气设备表面温度及其分布的测试、分析和判断，准确地发现电气设备运行中的异常和缺陷，从而预知设备运行状况，提前安排设备检修日期，可以为设备良好运行做好侦察兵。利用红外热成像仪等诊断技术可实现变电设备运行状态时远距离、不停电、不接触、不取样、不解体的情况下，检测出设备故障引起的异常红外辐射和温度，有效的判断设备存在的外部缺陷和内部缺陷，从而实现故障隐患的提早发现并及时进行处理，给电力系统设备状态监测提供了一种先进手段。

3 变电站运用红外热成像仪的方法和实际意义

在实际工作中红外检测诊断分析方法一般有：表面温度判断法、同类比较法、图像特征判断法、相对温差判断法、档案分析法、实时分析法。变电站的设备巡视是运行人员在当值期间都必须要进行的一项重要工作。巡视主要是查看变电站主要设备的运行情况，在过去多年测温方法主要有目测、手摸(零电位)和鼻闻等方式，其中又以目测为主。像广泛应用的利用试温蜡片、试温纸颜色的变化来判断设备温度的方法就属于目测的测温手段。虽然目测有着良好的效果，但这种方法有着很大的局限性，对一些有发展性的缺陷较难准确发现，凡是在运行中易发热是其主要特征的设备缺陷，往往要到设备发热到一定的程度后才能被发现，但此时，设备一般已有一定程度的损坏，在这种情况下目测的方法就体现了它的滞后性，延误了消除缺陷的时间。其他方法也都有其不确定性的因素存在，况且用人体来触碰带电设备来检验其是否发热这一方法也并不可取。此时，红外热像仪就显示它无可比拟的优越性：

(1)通过对设备表面温度分布的测量，可以分析设备内部热损耗部位和性质，从而判断该设备的健康状态。热点温度直观显示，热图像清晰，能储存和打印。

(2)具有定性成像与定量测量的双重功能，并有较高空间分辨率和温度分辨率，能够辨别很小的温差。实时热图像能够清晰显示在屏幕上，为建立热图像数据库提供了条件，实现了图像采集、储存、分析于一体的功能。

(3)用红外热成像仪检测设备，属于远距离非接触式的扫描巡检，可以保证人身设备的安全。

(4)红外热成像仪检测设备，如同用摄像机录像，能够快速的对大面积的设备进行检测，能够准确、直观的发现与运行电压、电流有关的设备缺陷，还可对缺陷的性质、位置、程度做出定性、定量的判断。

使用红外热像仪对设备进行测温作为无损、非接触检测设备的技术手段，在设备带电运行时，可以发现其它监测手段无法发现的热缺陷，减少故障导致的非计划停运时间，具有超前诊断的优越性等优点，已经在电力行业广泛使用。

4 红外热像仪在变电站巡视检查中的应用

红外成像仪能很清楚地显示设备的温度场，对设备的整体发热情况作很直观的观察，对同一设备的不同点温度的异常也能很快发现，具有稳定、可靠、测温迅速、分辨率高、直观、不受电磁干扰以及信息采集、存储、处理和分析方便等优点。我公司在平时的巡视维护中，广泛依托“FLUKE、TESTO、FLIR”等品牌红外热像仪对变电一、二次设备进行测温，多次发现设备温度缺陷，由于提前预知，大大降低了设备的损坏率，有效保证设备安全可靠运行，为迎峰度夏和重大节假日期间保证供电起到了很大的作用。

下面结合我们的实践，选取一些典型案例，对利用红外热像仪提高运行人员的巡视效果和缺陷分析能力作一下介绍。

4.1 设备接点发热

设备接点发热的原因主要是接触电阻变大造成的。设备接点或电缆接头发热会造成绝缘烧毁、着火甚至断线，不但造成大量的电能损失，而且会严重影响电气设备的正常运行，轻则设备工作电流增大，影响寿命，重则突然中断供电，还会酿成火灾和触电事故等，造成难以估量的损失。

案例1：2013年7月3日在110kV菏泽变电站进行红外成像测温时，发现110kV菏泽线5114开关A相-1刀闸侧接线线夹发热99．7℃(图1)，按照《导则》规定，属于严重缺陷。处理时发现C相接线板(接头)接触面氧化较严重，对线夹和导线进行打磨处理，并更换了压接螺栓。

图1 菏泽站110kV菏泽线5114开关A相-1刀闸侧接线线夹发热99.7℃

图2 东明站#2主变110kV侧A相套管将军帽上端发热79.1℃

图3 马岭岗站#2主变35kV侧302-1刀闸C相刀闸口发热122℃

图5 单城站220kV白单线203-3刀闸C相线路侧引下线发热79.4℃

图6 蔡庄站220kV保护室直流屏Ⅰ接触器发热99.7℃

图7 牡丹站低压配电屏零线铜排压接点发热51.5℃

4.2 导线热故障

导线发热分为两种情况，一种是通电导线中电子的运动受到阻碍，产生热量，其发热程度与下列因素有关：导线的材料、截面积、长度、传输电压、电流、频率、距离及导线周围的环境温度。另一种是导线受损造成局部电阻变大，在同样电流通过的情况下产生热量比较正常导线高；造成导线局部发热的原因包括：导线受损断股，氧化老化造成电阻增大等。

案例5：2013年6月17日在220kV单城变电站进行红外成像测温时，发现220kV白单线203-3刀闸C相线路侧引下线导线有一点发热

4.3 二次设备发热

二次设备发热与高压侧发热的起因基本是一样的，主要包括：连接点压接不牢，负荷过大，设备老化等。二次设备发热同样对变电站的正常运行有着巨大的安全威胁，排除二次发热同样对变电站的安全运行有着重要作用。

案例6：2013年6月19日在220kV蔡庄变电站进行红外成像测温时，发现220kV保护室直流屏Ⅰ一接触器发热99．7℃(图6)，处理时发现接触器内部接点松动，接触不良引起发热，对该接触器进行了更换。

案例7：2013年12月20日在110kV牡丹变电站进行红外成像测温时，发现保护室低压配电屏Ⅱ零线铜排一压接点温度偏高，压接处51．5℃(图7)，检查发现该压接螺栓未压紧，接触不良，对该螺栓进行紧固后测温正常。

用红外热成像技术进行设备接头发热等外部陷检测已十分成熟，判据准确。但对于设备内部缺陷的诊断还存在一定的难度，根据我们在现场大量的红外检测工作经验，我们建议在进行红外检测工作时必须依据红外导则的要求，灵活运用各种适合的分析诊断方法，同时结合具体设备的工况、内部结构进行综合分析诊断，必要时还需进行停电下的电气性能试验来辅助分析缺陷，特别对电压互感器、电流互感器、避雷器、耦合电容器等电压致热型设备，2℃左右的微小温差决不能忽视，这样才能准确分析、诊断出设备的内部热缺陷。

5 结语

通过使用红外热成像仪对电力设备进行检测是切实可行、卓有成效的。设备运行中，红外检测往往可找到一些看似无关大局的小问题，当正常停电检修过程中分别给予解决，当逐个解决了这些小问题后，也就避免了大多数严重问题的发生，改善了电气设备的运行状况。红外检测技术对运行中的旧设备，它可以找出其失效部件，最大限度地减少它对整个系统造成的损害，设备的寿命得以延长，灾难性故障可以避免，同时可以确定修理的具体部位，避免了整个系统的关闭；对运行中的新设备，虽然并不一定能找出任何严重问题，但可为运行人员提供有价值的原始数据资料；对那些修理过的设备，它的检测可以确信它们的工作是否正常，从而进一步增加设备的工作效率、安全运行。特别是用红外测温时无需停电，可避免造成不必要的经济损失，极大提高了电力系统的供电可靠性。使用红外热成像仪不仅能测出目标表面的温度，还能实时反映目标表面的温度分布，这对于早期发现缺陷，判断缺陷点位置，分析缺陷原因，都是非常有效的。同时由于红外测温是非接触测温，操作十分安全，再加上它的高灵敏度和强大的采集功能，在变电站日常运行管理工作中越来越显示出其应用的必要性。

[1]DL/T 664-2008《带电设备红外诊断技术应用导则》中国电力出版社.

[2]国家电网公司电力安全工作规程(变电部分)(国家电网安监[2009]664号).

[3]鲁电集团生[2008]417号《山东电力集团公司电力设备红外检测技术管理规范》.

赵俊杰(1975-),男,助理工程师,技师,长期从事变电运行工作。

刘相兴(1971-),男,助理工程师,高级技师,长期从事变电运行工作。

牛东涛(1970-),男,技师,长期从事变电运行工作。