红外测温技术在配电网中的应用

2016-06-30马国栋李倩

科技视界 2016年15期

马国栋+李倩

【摘要】红外测温技术在配网设备运行维护中有着广泛应用，它一种非常科学、重要的测温技术。红外测温技术的研究与应用主要目的是提高配电网设备的状态监测水平，为状态检修工作提供可靠的技术支持。本文介绍了红外测温技术在配电网中应用的原理、方法和系统构成。利用红外热成像技术在配电网中应用，查找电气设备的缺陷，保证电网安全可靠运行。

【关键词】红外成像；红外测温；配电网；状态检修

0 引言

随着电力系统配电网状态检修工作的逐步开展，设备的状态检测工作将在状态检修工作中起到举足轻重作用。目前红外测温技术在电力系统中应用非常广泛，从电气的高压设备到低压设备，机、炉高温高压管道都能早期及时发现其异常，为保障发电厂机组及电网的安全运行起着其它监测手段不可替代的作用。

1 红外检测与故障诊断的基本原理

对于电力设备，红外检测与故障诊断的基本原理就是通过探测被诊断设备表面的红外辐射信号，从而获得设备的热状态特征，并根据这种热状态及适当的判据，作出设备有无故障及故障属性、出现位置和严重程度的诊断判别。

当电力设备发生缺陷或故障时，缺陷部位的温升将发生明显变化，尤以电流效应引起的发热更明显。而且可能急剧增加。外部缺陷的红外检测和诊断是对电力设备暴露在外部的结点和部件直接测温判断，根据测得的实际温度，换算成与环境温度的温升值及与同类物体或本身的不同部位之间的温度差变化进行的一种定量分析判断的方法。内部缺陷的红外检测和诊断，是对电力设备内部过热部位通过热传导反映在外部与发热源联系的导体和部件温度的异常升高后外部热分布场的变化来分析判断设备内部的热缺陷的一种定性的分析诊断方法。

电力设备出现故障以后，若不早期诊断和排除，则这些故障将会逐渐发展演变，最终恶化而形成事故。根据试验数据及大量其他单位的综合统计电力设备外部热缺陷一般占设备缺陷总检出数的90%-93%，内部热缺陷仅占7%-10%左右。电力设备外部热缺陷或热故障主要是各种电气引流的裸露接头，高压设备或线路中的连接器件等由于压接不良、或受到氧化、腐蚀及灰尘的影响，或因材质不良和加工、安装工艺的问题、或冲击负荷的影响、机械振动等各种原因造成的接触电阻增大而出现的局部过热。电力设备的这些缺陷若不能及时发现和处理，将可能会造成断线，局部烧毁。

2 红外测温技术的优点及红外测温设备的技术要求

2.1 红外测温技术在配电网应用中的优点

红外测温技术在电力设备异常诊断中的成功应用，为维修方式的转变提供了极良好的手段。近年来电力设备的维修正向预知性维修变化，依据每个设备的工作状况进行定期的监测，根据其劣化和损害程度来计划维修；实现了这种预知维修，设备才会获得更高的可靠性，并能减少维修的人力物力。由于红外热像检测取得了良好的效果，有效地发现了设备的弱点，现在热成像检测已成为维修工作的一大特点。工业中的电力设备故障，其25%是由于连接松动引起的。因为大量的电气接头和连接件由于磨损、腐蚀、胜污、氧化、材料不合格、工艺设计等方面的问题都可造成过热。任何电力设备很少事先没有征兆就发生故障的，任何电力设备，不管维护得多么好，都会在每次检查时发现些新问题。一旦设备有一处开始发热，若不予以维修，那它发生故障仅仅是个时间早晚的问题。

红外测温采用非接触性测量，测量时可距被测设备几米甚至几十米，因此对工作人员十分安全；不需设备停电，它可以在设备正常运行的情况下直接测量，特别是高电压设备，减少了倒闸操作，实现在线监测；易于进行计算机分析、实施状态性检修；还可以利用远红外软件进行分析比较，做出可靠的判断，所测出的精确度也是一般仪器所达不到的。

通过红外检测诊断，可预防设备的电气和机械事故及灾难性火灾，改变维修管理体制，使其从预防性的，甚至是紧急状态下的抢修变成为预知性维修。红外测温技术可称为设备管理工作的眼睛，它使电气维修走出了盲目的时代。

2.2 红外测温设备技术要求

现在电力系统应用的红外成像设备主要包括两种：斩波型红外热成像仪，非制冷焦平面红外热成像仪。红外测温设备应具有如下系统功能：

1）手动巡检：监测人员随时通过远程即可实现对变电站室外一次设备的手动巡检，及时发现设备过热性故障。

2）自动巡检：通过将发热设备或正常设备设置为预置点（巡航点），每天通过三次的自动巡航，及时发现、跟踪监测发热点温度变化情况。

3）建立红外图谱库：在系统自动巡航过程中，自动拍摄发热点或正常设备的“红外图像”、“红外图片”和“可见光照片”，从而形成该变电站室外一次设备红外图谱库。

4）实时分析红外图像：将专业红外图像分析软件嵌入到该系统中，监测、分析人员可以实时对历史监测记录进行专业分析。

5）自动报警：在手动或自动巡航过程中，对于超过报警界限的发热点，系统自动发出声音报警，提醒监测或运行人员查看报警记录，并同时采集发热点图像。

3 红外测温作业流程及相关要求

3.1 现场检测、数据采集流程

现场工作流程如表1所示：

3.2 红外测温周期

1）运行中的输配电线路设备红外测温周期一般为每年两次，即高温大负荷来临前的6月份及为保障春节供电的12月份，进行两次普测；

2）对新建、大修后和改扩建的电气设备在带负荷运行的五天内必须进行红外测温工作；

3）对于电网负荷变化、调整运行方式、大负荷、高温天气、重要节假日等情况，应有重点的开展测试工作；

4）对于其他监督手段测试发现问题的设备应根据情况随时安排测试。

3.3 红外测温技术要求

1）测温时应在空气相对湿度不大于85%，风速不大于0.5m/s的天气状况下进行，室外检测应在阴天、夜间或日落2h后，无雷电雨雾的天气进行；室内或晚上检测应避开灯光的直射，宜闭灯检测。

2）检测时应注意仪器的温度测量范围，仪器的色标温度量程宜设置在环境温度加10K-20K左右的温升范围。不能把镜头长时间对准温度超出量程的物体。

3）一般被测设备的辐射率取0.9左右。

4）现场检测过程中，严格执行仪器操作规程。每次检测不应少于两人，分别承担红外仪器操作，数据记录和安全监督。

5）在检测中不得接触带电运行设备及其附属设施或对其进行操作、改变、移动等，严格执行有关安规规定。

6）红外检测时一般先用红外热像仪对全部应测部位进行扫描，找出热态异常部位，然后对异常部位和重点检测设备进行准确测温。

4 配电网设备温过热异常原因归纳

电气设备故障的危害，轻则造成设备损伤与停产；重则发生电气火灾。电气设备的初期异常现象常伴随可觉察的温度变化迹象，采用红外线热成像检测可在不停电状态下进行检测工作。配电网设备运行中以下情况应视为异常情况：设备的绝对温度或相间温差达到缺陷标准；设备绝对温度高于70℃或负荷小于额定值50%时相间温差大于10℃；额定负荷以下，温控器及柜体风机工作正常前提下，与环境温度相比较，开关柜体易触及部位温升大于20K；二次回路中同一回路不同部位、不同相别之间温差超过5℃。

依据实际执行红外线热成像检测的数据，配电网经常发生设备过热异常的原因归纳如下：

1）设备长期运行使用后，均可能产生过热异常现象，其中大部份发生于接头与连接点部位；

2）新增设的或曾作修改的设备，被发现过热问题的概率较大；

3）材质或形状不同的导体间的端子连接部位因接点固定效果较差，易产生过热现象；

4）部份端子接点因连接螺丝滑扣导致接点接触不良，这类现象往往由于接点的过度紧固导致；

5）设备容量不足会导致设备的整体过热现象，此情形因回路增加负载后设备整体规划不周所致；

6）电缆头及引线端子由于压接不良造成过热异常的现象颇为常见，这类缺陷即便采取接点定期紧固措施，亦不能有效改善；

7）长期高负荷或超载设备过热现象比例很大，且过热温度较高；

8）负载变化频繁的回路的热胀冷缩和震动情况比较严重，易发生连接机构松脱的过热现象；

9）通风不良或未配置空调设备的配电室，因环境温度过高或湿度过大而发生问题，其过热异常的比例与程度明显偏高；

10）配电柜的设备过度集中，即使装设排风装置，亦未必能达到良好的散热目的；

11）电缆槽或线束因导线过度集中，致使散热作用不良，造成绝缘层长期过热而劣化；