红外测温技术在二次回路状态评价中的应用

陈彬彬，安 滨，曲占斐

(国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 250118)

0 引言

状态检修是根据先进的检测、试验手段所采集到的设备的各种基础数据信息，并结合设备、部件运行工况综合分析判断后，确定设备检修计划和项目。其优越性表现在：能够及时发现设备隐患缺陷，避免了定时检修的盲目性，提高了设备运行的可靠性和经济性。

状态检修工作的主要内容就是通过设备状态评价开展检修计划和项目的制定。目前，设备状态评价是通过对设备的持续数据采集，再加上对各种带电检测和在线监测数据的综合分析，从而达到对设备实际运行状态的准确掌握，为状态检修工作的开展提供详实可靠的数据支撑的目的。

红外测温技术作为目前广泛采用的带电检测手段，具有不停电、不解体、不接触、不取样及省时省力的优点，能够实现对带电设备温度的准确获取，并且能够将被测设备温度以二维影像方式直观呈现出来。通过分析获得的带电设备温度状况，可以快速判断出设备的过热性缺陷及潜伏性故障。

目前，红外测温技术在电力系统一次设备中应用广泛，可以快速判断出一次设备的发热缺陷，如一次设备的线夹接头发热、刀闸静触头发热以及一次设备本体发热等缺陷，并且已经制定了相关的典型图谱库。然而，对于电力设备二次回路的红外测温研究相对较少，目前尚没有建立起缺陷案例库。下面以2起二次回路发热故障为例，详细分析故障产生原因和处理方法。

1 红外测温原理及诊断方法

1.1 红外测温基本原理

由黑体辐射理论可知，自然界中的一切物体都在不停地向外辐射红外线，同时也在辐射能量。辐射能量的大小与物体的表面温度有很大的关系，物体表面温度越高，其红外辐射能力越强。因此，通过收集检测物体红外辐射能量，就可以判断出物体温度。

红外测温装置将电力设备发出的红外辐射能量收集到红外探测器上，红外探测器将收集到的能量转换成电信号，经放大器放大处理后，以二维影像的方式直观地呈现在温度显示装置里。其测温原理如图1所示。

图1 红外测温原理

1.2 红外测温诊断方法

设备发热缺陷按照其对电网运行的影响程度，分为危急、严重和一般3类。在设备运行过程中，通过判断发热缺陷类型而采取相应的处理方式。目前，利用红外测温技术诊断发热缺陷的方法主要有以下几种。

(1) 同类比较判断法。通过比较三相设备之间、同相设备之间及同类设备之间对应部位的温差来判断缺陷。对于电压致热型设备，可根据它的温升值的差异来判断设备是否正常。对于电流致热型设备来说，通过比较三相或两相设备对应部位的温升值来判断设备是否正常。

(2) 表面温度判断法。主要是根据测得的设备表面温度，同时结合设备负荷的大小以及所承受机械应力的大小来综合判断缺陷。此方法主要适用于电流致热型缺陷。

(3) 图像特征判断法。通过同类设备正常图谱与典型发热图谱对比，来判断设备是否正常。

(4) 档案统计分析法。通过统计分析同一设备不同时间的温度变化，找出温度变化原因，从而判断设备缺陷。

1.3 温升与温差

温升是指被测设备与环境参照体的温度之差。温差是指不同设备之间或者同一设备不同部位之间的温度差。相对温差(δt)是指2个被测点之间的温差与其中较热点的温升之比的百分数。

式中：τ1，T1为较热点的温升和温度；τ2，T2为正常点的温升和温度；T0为环境参照体的温度。变电站二次回路主要分布在汇控柜、保护屏以及机构操作箱里，不同于电力一次设备的直接测温，变电站二次回路的测温需要将上述二次设备屏柜的门打开后才能进行。

采用红外测温技术可以快速找出二次回路中的异常发热情况，通过测温图像可以直观判断出过热缺陷以及发生部位，同时根据温度分布情况准确判断出故障的严重程度。

2 实例分析

2.1 二次电缆异常发热

某变电站运检人员在对全站二次设备进行测温时，发现500 kV某线路CVT端子箱内二次电缆发热，其实物照片如图2所示，红外检测图谱如图3所示。

图2 发热电缆位置

图3 发热电缆红外图谱

由图3可以看出，发热点的温度为45 ℃，箱内同一位置、同等电压处电缆温度为31．6 ℃，环境参照体的温度为30 ℃，发热点的温升达到15 K，与箱内对应二次电缆的温差达到13．4 K，相对温差达到89．3 %；虽然温差数值不是很大，但是相对温差数值较大。根据DL/T 664—2008《带电设备红外诊断应用规范》规定，参考电流致热性故障的诊断依据，采用同类分析判断法，热点的相对温差达到了89．3 %，为严重缺陷等级，应立即对该电缆进行处理。

现场人员立刻对该电缆导线进行电流测量，对电缆所连断路器保护装置信息进行核对，均无异常，初步判断缺陷由该电缆铠装层或屏蔽层接地不良导致。随后对该电缆接线头进行压实、紧固处理，并再次进行红外测温。此时该电缆温度下降为29．4 ℃，正常电缆温度为26．9 ℃，相差很小，故障消除。由于电缆接地不良导致接触电阻增大，发热严重，从而引起电缆温度过高。

本次红外测温技术诊断出来的电缆发热缺陷为隐性缺陷，不通过检测设备检测很难被发现；如果不能及时处理和消除，将有可能引起保护误动或者拒动，甚至引起火灾。

2.2 交、直流回路发热

某变电站运检人员在对主变设备区二次回路进行测温时，发现1号主变风冷控制箱Ⅱ段电源交流接触器A相出线发热。其照片和红外检测图谱如图4、图5所示。

图4 接触器接线端位置

图5 接触器接线端红外图谱

由图5接触器接线端红外图谱可以看出，发热点的温度为59．9 ℃，箱内相同位置接触器出线端的温度仅为37 ℃，环境参照体温度为30 ℃，发热点温升达到29．9 K，与箱内对应位置出线端的温差达到了22．9 K，相对温差为85．1 %，发热点温度已经很高。根据DL/T 664—2008《带电设备红外诊断应用规范》规定，参考电流致热性故障的诊断依据，采用同类分析判断法，发热点温度已经超过相关标准的允许值，达到严重缺陷等级。因此，立即将该主变风冷电源切换到Ⅰ段，停用该接触器进行处理。

将该接触器退出运行后，运检人员立即对发热接线端子进行检查，发现接线端子有较大松动。用内六角扳手对接线端子紧固完毕后，再次进行测温，发热电缆温度降为36 ℃左右，发热缺陷消除。正常情况下，接线端子应连接牢固并压接可靠。目前主变冷却器都接在Ⅱ段电源上，所以通过Ⅱ段电源上接线端子的电流大，接线端子本来就容易发热。如果接线端子没有压接牢固，接触电阻变大，接线端子就会发热严重。

本次红外测温发现的缺陷同样是隐性缺陷，不通过检测设备检测很难被发现。交、直流电源作为变电站二次系统的电源，如果发生故障， 导致的后果会很严重。长时间发热会导致电缆皮烧焦，进而引发火灾，导致保护动作，甚至全站停电。

3 结束语

红外测温技术能实时、快速地检测出二次设备的过热缺陷及潜伏性故障，是一种非常有效的二次设备状态检测手段。在日常工作当中，应该加快推广红外测温技术在二次设备状态检测中的应用。鉴于目前尚没有二次红外测温方面的规范规定，有关部门应该尽快完善出台变电二次设备红外应用诊断规范，编制完善典型图谱，为二次设备红外测温提供规范依据。

1 中华人民共和国发展和改革委员会．DL/T 664—2008带电设备红外诊断应用规范[S]．北京：中国电力出版社，2008．

2 刘 博，王致迅．红外测温对变电设备的缺陷诊断及实例分析[J]．山东电力技术，2004，31(4)：51-54．

3 邱东晓，陈永根，刘 伟，等．影响带电设备红外检测及诊断的因素[J]．电力安全技术，2011，13(9)：62-63．

4 耿克山，张城玮．基于红外检测技术的变压器火灾报警系统研究[J]．电力安全技术，2012，14(6)：37-40．