运用红外测温技术进行电力变压器故障诊断

任云明

摘要：在电力系统设备巡检过程中，红外测温技术已经得到广泛的应用，本文通过研究分析红外测温技术在电力变压器故障诊断的应用，同时提出相应的政策建议，进而为推广使用红外测温技术提供参考依据。

关键词：红外测温仪 故障诊断 动态监控

1 概述

对于红外测温仪来说，其优点主要表现为快捷、方便、灵敏度高、非接触性远距离测量、无需使被测设备停运或解体等，凭借这些优点，红外测温仪在电力系统故障诊断中得到广泛的应用，并且取得显著的效果，进而为设备检修奠定了基础。同时为组织开展设备状态维修创造条件，避免发生重大事故，进而在一定程度上提高了设备运行的可靠性。

在电力系统中，电力变压器占有重要的地位，一旦出现事故，将会造成巨大的财产损失，同时产生不良的社会影响等，而且因其结构复杂，内部缺陷不易被发现，因此，在电力变压器故障诊断中引入红外测温技术，具有重大意义。

红外测温仪依据普朗克辐射定律，通过红外线测量被测目标的红外辐射能量，经黑体标定，进一步确定被测目标的温度。它按测温范围可分为三类：100℃以下，低温测温度；100～700℃中温测温仪；700～3200℃高温测温仪。

红外热电视是一种不需致冷而能热成像的红外检测仪器，它的基本工作原理是：利用热释电摄像管（简称PEV）接收被测物体的红外辐射能量，转换成相应的电压

信号后，再经过放大等一系列变换，最后转换成全电视信号输出、存贮和显示物体的热像。为诊断应用方便，国产热电视在近年又采用单片机数据处理，设置为彩信号电路生成彩色热像图，大大提高了它的应用价值。

光机扫描热像仪的关键部件有光学系统和机械扫描系统。它的基本工作原理是：将被测目标的红外辐射，经光学系统汇聚、滤波、聚焦后，再通过机械扫描系统将聚焦后的红外辐射按时间先后顺序排列，达到红外探测器上转变为相应的电信号，再经视频信号处理后送至显示器上显示或贮存器中存贮。

2 电气设备故障的特征

通常情况下，电气设备故障可以分为外部故障和内部故障，其特征主要表现为：①外部热故障的特征。这种故障通常是以局部过热的形态向周围辐射红外线，其显现的红外热像图以故障点为中心分布。所以，借助设备的热图像可以对存在的热故障进行直观地判断，同时可以根据温度分布情况对故障部位进行确定。②内部热故障的特征。对于该故障来说，其发热过程通常比较长，并且稳定发热，与故障点发生接触的固体、液体，以及气体等都会发生不同程度的热传导、对流和輻射等。

3 红外测温技术在电力变压器故障诊断中的应用

变压器箱体因涡流损耗所造成的发热：变压器在漏磁的情况下会产生涡流损耗，它能引起变压器箱体或部分连接螺杆发热，其热像特征是以漏磁穿过区域为中心，层次分明的不规则圆环。这种因涡流损耗所造成的箱体发热其温度一般不得超过95℃，如果超温，需对变压器进行停运检修，这种缺陷可以通过采用加装短路环的方式来消除漏磁现象。

3.1 变压器内部热故障的诊断

在变压器内部，由于接触不良等因素引起发热时，在这种情况下可能导致变压器箱体局部温度升高。与变压器因涡流损耗所引起的发热相比，这种情况造成的箱体发热的差别主要表现为热谱图不具有环流形状，并且这类缺陷可以结合油色谱分析进行判断。

3.2 变压器油路管道堵塞

当堵塞变压器油路管道时，会进一步制约变压器的正常散热，其热像特征主要表现为：因未参加油循环，使得堵塞部分的管道或散热器呈现低温区，其它部分温度相对较高，并且两者的温度存在明显的差异，热谱图可以清楚地反映出来。

3.3 变压器油枕或高压套管缺油

运行中的变压器经常出现油枕或高压套管缺油，这种情况通过红外测温仪测温后在热谱图上可以明显地看出，在辐射的热量方面，由于油枕或套管内油和气有所不同，因此油气分界面通过热谱图可以清楚地看到。

3.4 变压器套管缺陷诊断

对于变压器套管来说，其内部缺陷通常情况下可以分为三类，一类是tgδ因绝缘不良而增大，与正常相相比其热像显示本体温度比较高；第二类是套管内部接触不良，导致接触电阻过大进而产生过热，引起将军帽局部发热；第三类是套管泄漏或注油时，未排净气引发缺油现象，在无油处其热像显示温度偏低。

我国各个地区和部门先后应用红外测温仪、红外热电视和红外热像仪，检出变压器大量故障、缺陷。

4 故障检测情况

4.1 110kV变压器出口穿墙套管接头过热的准确诊断

某110kV变压器出口穿墙套管A与B两相温度正常为27℃，而C相温度高达170℃，对此隐患及时消除，确保了变压器的安全运行。

4.2 变压器套管接头过热诊断

华北某变电站检出#2主变压器10kV侧套管A相接头温度为202℃，也是由于紧固螺母松动引起的。

4.3 套管缺油诊断

在某电厂检出#1主变B相110kV套管上端都 20cm区段内温度偏低为22℃，而A、C两相的相同位置为24℃，判定B相套管缺油。经检修人员在停电后打开帽盖检查证实诊断正确。

4.4 套管将军帽温度热场极不相同的诊断

在某变电站检出#1主变110kV套管将军帽的温度热场极不相同，A相为25℃，B相为46℃，C相为44℃。经停电检查发现A相套管油位确在将军帽以下位置。

4.5 变压器内部低压引线故障诊断

东北某电厂采用红外热像仪对一台怀疑内部有故障的变压器进行了成功的诊断。该台设备油色谱检测结果认为有 700℃以上的高温过热故障。

4.6 变压器内部过热故障诊断

河北电网在变电站的红外检测中，根据热图的异常，准确诊断出变压器散热器的阀门及气体继电器的油门均未打开的设备内部缺陷，及时消除变压器的事故隐患。

4.7 变压器套管内部过热故障诊断

某变电站#2主变压器为220kV，在负荷为额定容量一半时，红外热像检出各相套管将军帽的温度相差很大，A相为34.7℃，B相為86.4℃，C相为35℃，诊断B相套管内部故障，建议停电检修。解体检修时发现B相套管穿线引线及穿缆头的焊接质量粗糙，有严重的脱焊现象，造成B相套管内部过热。

4.8 变压器套管将军帽严重过热故障诊断

某台 220kV主变压器，在其未达额定负荷时，红外检出 A相将军帽严重过热，各相的同一部位温度相差甚大，A相高达204℃，而B与C相的温度还不到11℃。

4.9 变压器套管内部漏油故障诊断

某台220kV主变压器，油色谱分析乙炔达到4.4PPm，总烃为227.3PPm，氢为159.8PPm，运行半个月后再次跟踪色谱分析，结果是乙炔米降低，原因不明。后决定采用红外热像检测，发现220kV套管的温度三相异常，其中B相套管上部低于其余两相的上都温度，而B相套管的下部温度又高于A、C两相的下部，在再相套管高度2/5处有一明显的分界面。初步诊断为B相套管缺油，明显的界面即是套管的油面，它与油枕油面相同，说明该套管已与主变压器油箱联通，它的油已涌到油箱中了。经停电检修，发现B相套管下部的密封垫已损坏，导致漏油，经更换后为套管补充油达20kg；另外，查出其发热原因系由于油气界面局部放电引起。

4.10 变压器套管内部缺油故障诊断

西北某电厂110kV变压器套管，在1995年7月检测到B相套管本体温度低于其他两相温度约达6K。分析该设备运行历史，它曾在同年4月，为检修其低压侧分接开关而放过油，故初步诊断该相套管存在缺油的缺陷，应安排计划检修。必须检修的依据是，若因套管充油时忘记排气的话，套管内存有气体，气体的临界场强为25～30kV/cm，而变压器油的临界场强可达空气的1～8倍，所以缺油的套管内部绝缘强度的安全系数大大下降，必须尽早补足绝缘油。

无论是运行中的旧设备，还是刚投运的新设备，或者是完成修理的设备，红外测温诊断技术同样有效。利用红外测温诊断技术对运行中的旧设备进行检查，可以找出失效部件，进一步降低它对整个系统造成的损害，延长设备的使用寿命，同时可以避免发生灾难性故障，并且可以确定具体的修理部位，避免关闭整个系统；对于刚投运的新设备来说，通过红外测温诊断技术虽然不一定能找出严重的问题，但是可以为运行人员提供有价值的数据资料；对于那些完成修理的设备，利用该技术进行检查，可以进一步确信它们工作的正常性，进而在一定程度上提高设备的工作效率。

参考文献：

[1]陈仁刚，扬荣华.红外测温技术在变压器高压套管故障诊断的应用[J].山东电力技术，2013.

[2]邱巍巍.红外测温技术应用于变电站图像监控系统的研究[J].华北电力大学，2006.

[3]李功新，廖福旺.浅议加快福建电网红外热成像技术的应用[J].福建电力与电工，2006.

基金项目：无线远传测温模块研究（宁工商科研2012）。