红外诊断检测技术在输电线路中的应用

冯剑飞　王臻卓

摘要：这些年来，随着电力项目规模的扩大，使用在输电线路中的设备也越来越完善。在高压输电线路中，由于红外检测具有不解体、远距离、不接触、不停电等特点，故在高压输电线路当中使用红外热成像仪和红外监测技术不仅能大大提高工作人员的工作效率，而且可以监控电网的运行状态。

关键词：红外诊断检测技术；性能检测；诊断方法；输电线路；电力项目 文献标识码：A

中图分类号：TM621 文章编号：1009-2374（2015）01-0060-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0030

高压架空线路是电力系统中发电、输电、变电、配电的连接通道，它的安全性和可靠性将对整个电网的稳定产生直接影响。接头松动、线路上金具的氧化、绝缘子击穿等故障对系统的安全运行造成严重威胁。电气试验是多年来故障诊断中经常使用的方法，但它成本较高且大多为破坏性检测，而且随着技术的发展，大家对在线监测的需求越来越多，故在一些需要大面积、远距离测量和快速扫描的场合，逐渐被红外检测所代替。红外热像仪可以用于输电线路中温度上升类故障，利用红外图谱显示温度的分布，经过软件分析能够显示出线路中任何一个地方的温度值，然后根据得出的结论推断出线路中的缺陷和隐患。基于此，在输电线路中进行设备的带电检测十分重要。本文通过介绍红外线诊断故障的原理、操作技术方法，重点对高压输电线路的故障诊断方法加以分析，使工作人员能够更好地了解红外诊断技术在输电线路中的应用。

1 红外诊断技术原理

1.1 基本原理

任何物体，只要具有一定的温度，就会向外散发人眼看不见的能量，物理学上称其为辐射能量。能量的大小与该物体的热力学温度4次方成正比，即：

式中：E为辐射出射度；σ为波尔兹曼系数；为物体的辐射率；和分别为物体周围环境的温度和物体本身的温度。一旦物体发射出的温度E确定了，便能够求出温度值。利用这个原理制成了红外温度仪，测量时的温度越高，向外辐射的能量越强。这种测量方式归为非接触测量，因为它不需要与被测量的对象接触。根据发热原理，将电力设备进行分类，可分为电压致热型、电流致热型和综合致热型。由于输电线路的热量由电阻和电流所决定，故它属于电流型。当散热一定时，电流也就基本上不会发生变化，温升就主要由电阻来决定。所以，根据发生故障的时候，故障处的电阻值大于其他电阻值这一原理，即可判断出故障点的具体位置。产生故障的原因如表1所示：

表1 故障原因分类

分类 故障原因

1 螺栓未压紧，接头连接不良

2 导体因长期运行而腐蚀氧化；大气中的灰尘和有害气体引起的腐蚀

3 设备材质差、加工安装工艺不良等造成的导体损伤

4 机械振动等各种原因造成的导体实际截面的降低

5 负荷电流不稳定或超标

1.2 对被检测环境的要求

当对输电线路运用红外检测技术时，对周围环境提出以下要求：（1）温度不应该低于5℃，当必须在低温下检测的时候，应该先观察仪器本身对工作环境的要求，如果不满足的情况下要及时更换仪器，同时应该把水汽结冰造成的某些进水受潮设备的缺陷漏检考虑进去；（2）空气中的湿度最好要超过85%，检测时，不适宜在雾、雨、雷、雪和风速大于0.5m/s的环境下进行，若过程中风速发生较大变化时，应该将风速值记录下来，并按要求对测量数据进行修正；（3）应在日落之后、日出之前或阴天进行检测。

2 红外检测技术的操作方法及诊断优势

2.1 操作方法

使用红外检测技术对输电线路进行监测时，一般先使用红外热电视或者红外热像仪对输电线路中所有需要检测的部位进行一个全面扫描，从中找出热态的异常部位，对于重点监测设备和温度异常部位需要进行准确测温。

准确测温时需要注意以下事项：（1）针对输电线路检测应该选择它专用的环境温度参照体；（2）使用同一仪器对线路发热点、参照体温度和正常相的对应点进行测量；（3）选择合适的输电线路发射率；（4）当对同类故障点进行比较的时候，需要保持仪器和对应测量点距离的一致性、方位的一致性；（5）测量时键入正确的相对湿度、大气温度和测量距离等补偿系数，并选择合适的测温范围；（6）条件允许时，尽量从不同的方位进行检测，以求出最热点的温度值；（7）对异常的设备，记录下它的实际负荷电流和正常相、发热相及参照体的温度值。

2.2 诊断优势

在输电线路中采用红外诊断与检测技术具有很强的优势：（1）能够弥补其他一般性检测方式的不足，从一定意义上减小误差；（2）性能优良，不停电、不接触、不取样；（3）能够在不影响正常运行的情况下进行检测，能进行带电监测，效率比较高；（4）能够让工作人员直接、快速地发现设备故障问题，从而实现“对症下药”地解决输电线路当中出现的问题，以确保用户能够安全用电、设备能够正常运行。

3 高压输电线路故障诊断方法

采用红外技术诊断输电线路设备发热缺陷及故障的方法基本上有以下五种：

3.1 表面温度判断法

根据检测到的设备表面温度值，对照国家标准763的有关规定，可以根据设备负荷率的大小、设备温度的超标度以及重要性来确定设备缺陷的性质。应用这种方法实用性强，但当发热点不明显时，会出现错判的情况，故此种方法一般只用于简单的外部热故障判断。

3.2 温差值判断法

所谓温差值判断法是指在设备安装点、型号、环境、负荷电流和表面状况等基本状况基本相同的情况下，所测得的两个观测点的温差与校热测点温升的比值，公式如下：

其中T2和t2为正常相对应点的温度和温升；T1和t1为发热点的温度和温升；T0为测得环境参照体的温度。这种方法适用于像SF6断路器、真空断路器、充油套管、高压开关柜、隔离开关等电流致热型设备的故障诊断，因为它能够通过排除外界温度变化对诊断结果的影响，但是从另一方面来说，它又不够直接，花费时间较多，不适用于快速诊断。endprint

3.3 同类比较法

同类比较法是指在同一电气回路当中，当三相（或两相）设备相同和三相电流对称时，比较三相（或两相）设备对应部位的温升值，即可判断设备的正常与否。当三相出现同时异常时，可以与相同回路中的同类设备进行比较，不对称时还要把负荷电流造成的影响考虑进去。电压致热型设备和电流致热型设备都可以采用同类比较法进行检测。当在电压致热型设备中使用时，可以通过对应点温升值的差别来对设备的正常与否进行判断。正常工作条件下，当同类温差大于温升值允许值的30%时，定义为重大缺陷，尤其要注意当发生电压不对称时，应该把对工作电压的影响考虑进去。

3.4 热图谱分析法

所谓热图谱分析法是指工作人员根据红外热像仪提供的变化图谱来对设备的运行状态进行判断的一种方法，由于它精确度较高，故成为这几年来在高压输电线路中检测的常用方法。它需要较少的人力资源，人为干扰小，采用先进的科学设备，规范化的程度较高。

3.5 档案分析法

档案分析法即为在有被诊断设备的红外诊断检测档案的前提下，对不同时期同一设备的相对温差、温升、热图谱等数据进行分析，根据分析结果不仅能对设备的正常与否进行判断，还能分析出设备致热参数的变化规律和趋势。

4 结语

通过对以上几种检测方法进行比较发现：表面温度判断法的适用范围比较广，检测过程简单，效率较高，但是准确率一般；温差值判断法的适用范围一般，检测过程复杂，效率较低，但是准确度比较高；热图谱分析法在输电线路中应用最为广泛，检测过程比较简单，而且效率快，准确率高。由于输电线路的设备具有高架性、分散性的特点，所以红外诊断技术在输电线路中的应用不同于其他电气设备的检测。随着经济的进一步发展，红外诊断技术在输电线路中的应用会越来越广泛，但是目前这还是一项新技术，希望广大电力工作者在以后的工作中能够及时地将自己的经验与大家交流，使红外热成像技术在高压输电线路中应用更加成熟完善。

参考文献

[1] 谌青昊，吴功平，骆敏华，张成祥.高压输电线路红外诊断系统开发[J].机械与电子，2004，（3）.

[2] 田鹏飞.红外诊断技术在输电线路检修中的应用[J].中国新技术新产品，2011，（11）.

[3] 罗昳昀.高压输电线路设备红外诊断与检测技术分析[J].电子测试，2013，（24）.

[4] 李洪涛.浅谈高压输电线路的状态诊断与检测[J].广东科技，2010，（10）.

作者简介：冯剑飞（1983—），男，河南许昌人，珠海市恒源电力建设有限公司工程师，研究方向：电气工程。

（责任编辑：秦逊玉）endprint

3.3 同类比较法

同类比较法是指在同一电气回路当中，当三相（或两相）设备相同和三相电流对称时，比较三相（或两相）设备对应部位的温升值，即可判断设备的正常与否。当三相出现同时异常时，可以与相同回路中的同类设备进行比较，不对称时还要把负荷电流造成的影响考虑进去。电压致热型设备和电流致热型设备都可以采用同类比较法进行检测。当在电压致热型设备中使用时，可以通过对应点温升值的差别来对设备的正常与否进行判断。正常工作条件下，当同类温差大于温升值允许值的30%时，定义为重大缺陷，尤其要注意当发生电压不对称时，应该把对工作电压的影响考虑进去。

3.4 热图谱分析法

所谓热图谱分析法是指工作人员根据红外热像仪提供的变化图谱来对设备的运行状态进行判断的一种方法，由于它精确度较高，故成为这几年来在高压输电线路中检测的常用方法。它需要较少的人力资源，人为干扰小，采用先进的科学设备，规范化的程度较高。

3.5 档案分析法

档案分析法即为在有被诊断设备的红外诊断检测档案的前提下，对不同时期同一设备的相对温差、温升、热图谱等数据进行分析，根据分析结果不仅能对设备的正常与否进行判断，还能分析出设备致热参数的变化规律和趋势。

4 结语

通过对以上几种检测方法进行比较发现：表面温度判断法的适用范围比较广，检测过程简单，效率较高，但是准确率一般；温差值判断法的适用范围一般，检测过程复杂，效率较低，但是准确度比较高；热图谱分析法在输电线路中应用最为广泛，检测过程比较简单，而且效率快，准确率高。由于输电线路的设备具有高架性、分散性的特点，所以红外诊断技术在输电线路中的应用不同于其他电气设备的检测。随着经济的进一步发展，红外诊断技术在输电线路中的应用会越来越广泛，但是目前这还是一项新技术，希望广大电力工作者在以后的工作中能够及时地将自己的经验与大家交流，使红外热成像技术在高压输电线路中应用更加成熟完善。

参考文献

[1] 谌青昊，吴功平，骆敏华，张成祥.高压输电线路红外诊断系统开发[J].机械与电子，2004，（3）.

[2] 田鹏飞.红外诊断技术在输电线路检修中的应用[J].中国新技术新产品，2011，（11）.

[3] 罗昳昀.高压输电线路设备红外诊断与检测技术分析[J].电子测试，2013，（24）.

[4] 李洪涛.浅谈高压输电线路的状态诊断与检测[J].广东科技，2010，（10）.

作者简介：冯剑飞（1983—），男，河南许昌人，珠海市恒源电力建设有限公司工程师，研究方向：电气工程。

（责任编辑：秦逊玉）endprint

3.3 同类比较法

同类比较法是指在同一电气回路当中，当三相（或两相）设备相同和三相电流对称时，比较三相（或两相）设备对应部位的温升值，即可判断设备的正常与否。当三相出现同时异常时，可以与相同回路中的同类设备进行比较，不对称时还要把负荷电流造成的影响考虑进去。电压致热型设备和电流致热型设备都可以采用同类比较法进行检测。当在电压致热型设备中使用时，可以通过对应点温升值的差别来对设备的正常与否进行判断。正常工作条件下，当同类温差大于温升值允许值的30%时，定义为重大缺陷，尤其要注意当发生电压不对称时，应该把对工作电压的影响考虑进去。

3.4 热图谱分析法

所谓热图谱分析法是指工作人员根据红外热像仪提供的变化图谱来对设备的运行状态进行判断的一种方法，由于它精确度较高，故成为这几年来在高压输电线路中检测的常用方法。它需要较少的人力资源，人为干扰小，采用先进的科学设备，规范化的程度较高。

3.5 档案分析法

档案分析法即为在有被诊断设备的红外诊断检测档案的前提下，对不同时期同一设备的相对温差、温升、热图谱等数据进行分析，根据分析结果不仅能对设备的正常与否进行判断，还能分析出设备致热参数的变化规律和趋势。

4 结语

通过对以上几种检测方法进行比较发现：表面温度判断法的适用范围比较广，检测过程简单，效率较高，但是准确率一般；温差值判断法的适用范围一般，检测过程复杂，效率较低，但是准确度比较高；热图谱分析法在输电线路中应用最为广泛，检测过程比较简单，而且效率快，准确率高。由于输电线路的设备具有高架性、分散性的特点，所以红外诊断技术在输电线路中的应用不同于其他电气设备的检测。随着经济的进一步发展，红外诊断技术在输电线路中的应用会越来越广泛，但是目前这还是一项新技术，希望广大电力工作者在以后的工作中能够及时地将自己的经验与大家交流，使红外热成像技术在高压输电线路中应用更加成熟完善。

参考文献

[1] 谌青昊，吴功平，骆敏华，张成祥.高压输电线路红外诊断系统开发[J].机械与电子，2004，（3）.

[2] 田鹏飞.红外诊断技术在输电线路检修中的应用[J].中国新技术新产品，2011，（11）.

[3] 罗昳昀.高压输电线路设备红外诊断与检测技术分析[J].电子测试，2013，（24）.

[4] 李洪涛.浅谈高压输电线路的状态诊断与检测[J].广东科技，2010，（10）.

作者简介：冯剑飞（1983—），男，河南许昌人，珠海市恒源电力建设有限公司工程师，研究方向：电气工程。

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