应用红外技术诊断热故障的分析

● 辽宁·国网大连供电公司 李金哲

1 红外技术概述

红外技术是研究红外辐射的产生、传递、转换、探测并实现在实际工作中应用的一门科学技术。红外技术的原理是基于自然界一切温度高于绝对零度的物体在不断地、自发地辐射出红外线，也就是说，自然界的一切物体都存在着一种与人眼能辨别的反射图形十分相似的热辐射图形。因此，可以通过红外技术把这种物体上存在的热辐射图形转变为人眼可见的热图像。

红外技术具有远距离、不接触、不取样、不解体以及准确、快速、直观等特点，在供电企业中得到越来越广泛的应用，并取得显著的效果，为设备的在线检测和故障判断提供了依据，便于检修人员及时采取合理的处理措施，减少了因过热缺陷而造成的停电，有效地预防了事故的发生，大大提高了设备运行的可靠性，业已成为一种普及型的应用技术。

2 红外技术在电气设备方面的应用

电气设备的热故障一般可分为外部热故障和内部热故障2种。外部热故障是指发生在裸电导体的接触部分、刀闸触头和电气设备的出线联络处的热故障，当这些部位由于接触表面不平整、氧化或连接质量不好时，就会引起接触电阻增大，从而导致异常发热。内部热故障是指发热的部位在设备内部，被绝缘材料或金属外壳所密封。不同的电气设备的内部热故障的形成原因不尽相同，直接测量和判断比较困难，一般均通过设备外部的温度分布情况，间接地加以判断认定。

2.1 变压器的热故障及诊断

电力变压器的的引线接头过热、套管将军帽过热、油路系统堵塞引起的热缺陷以及变压器箱体涡流发热等缺陷，都可以通过红外热像仪检测出来。接头过热和套管将军帽过热的热像特征是以接头和将军帽为中心的热像，但将军帽过热一般是由于内部引线焊接不良造成的，属于套管内部的热故障。当油路系统发生堵塞时，由于堵塞处无热油循环，相应的热像比较暗淡，同时根据这一特征也可以看出变压器油枕或套管油位是否正常。

油浸变压器的内部热故障用红外热像仪很难检测出来，因为变压器内部异常，比如铁芯硅钢片短路或铁芯多点接地等发出的热量，经过油流的循环冷却后很难在变压器的外部反映出来。如果确实需要用红外热像仪检测变压器内部是否有异常发热，则可以在吊芯（吊罩）的情况下，给变压器施加一定的空载励磁电压来进行测量。

2.2 开关的热故障及诊断

开关的热故障可以分为载流回路热故障和绝缘热故障2大类。

载流回路热故障是指动静触头或中间触头接触不良以及开关的出线端子与导线联接不良引起的热故障。出线端子与导线联接不良引起的热故障属于外部热故障，其热像特征是以发热部位为中心的热像。少油断路器动静触头接触不良产生的热量大部分经顶帽散出，所以其热像是以顶帽和出线端子为中心的热像；中间触头接触不良的热像是以中间法兰为中心的热像。由于多油断路器的导电回路在油箱的上部，所以其动静触头接触不良的热像是以油箱上部为中心的热像，而且由于多油断路器的散热较好，因此对其内部热故障的判断和认定更应引起注意。

断路器的绝缘热故障是指绝缘油、提升杆及灭弧室受潮、劣化引起的热故障，通常伴随着整体发热，呈现出整体发热的热像。

2.3 隔离开关的热故障及诊断

隔离开关的热故障主要发生在握手处及移动头上，是由于接触不良引起的，属于外部热故障。其热像是以握手处及转动头为中心的热像，在红外热像仪上可以很直观地做出判断。

2.4 互感器的热故障及诊断

电流互感器的热故障多是由于内部导体连接不良引起的，热量大部分经顶帽散出，所以其热像是以顶帽和接线板为中心的热像。当电流互感器绝缘不良时，会引起整体发热，呈现出整体发热的热像。电压互感器由于在正常运行时，通过的电流很小，所以不存在电流效应发热的问题，只是在整体绝缘不良时会引起异常发热，呈现出整体发热的热像。

2.5 电缆的热故障及诊断

高压电缆的热故障主要发生在电缆头的三叉处，由于包扎不良引起电缆头整体发热，呈现出整体发热的热像。此外，还可能由于电缆头的线鼻子连接不良造成电缆头局部发热，呈现出局部过热的热像。

2.6 避雷器的热故障及诊断

当阀门避雷器严重受潮或并联电阻老化阻值下降后，该节避雷器与同组的其他节相比分布电压降低，因而发热降低，其热像暗淡，而其他节发热增加，热像特别明亮。避雷器上的热像分布与电压分布完全对应，当避雷器的并联电阻断开后，该组避雷器的泄漏电流很小，温升接近于零，以并联电阻为中心的热像消失。

氧化锌避雷器的热像分布与其他电压分布完全对应，在受潮时会造成局部或整体发热，呈现出局部或整体发热的热像。

2.7 耦合电容器的热故障及诊断

耦合电容器的热故障主要是由于内部绝缘受潮或劣化，使介质损耗增大而引起的，其热像特征是整相或整节耦合电容器整体发热。耦合电容器的温升不大，一般通过相间比较进行判断，如果相间温度差别在2℃以上，则耦合电容器内部可能存在故障，应通过电气试验进行综合的分析判断。

3 红外技术在输电线路方面的应用

输电线路的过热故障，通常出现在导线线夹、T型接头、压接管以及导线断股等部位。造成这类局部过热的主要原因是：线夹螺栓松动或压接管等一类接头接触不良，引起载流接触面电阻较大而导致局部温度升高，或压接管产生涡流而引起过热。

3.1 线夹的过热故障

电力导线线夹发生的热缺陷较多，其原因也是多方面的，比如线夹受氧化腐蚀使接触电阻增大，线夹压紧螺栓松动，线夹结构不好使导线在线夹端口受伤断股，线夹结构造成的涡流损耗发热等。利用红外热像仪可以直观地测出线夹的温度。

3.2 压接管的过热故障

压接管是一种用于连接导线的专用模具，导线压接质量的好坏，在很大程度上取决于整个压接工艺。由于受条件限制，一般在进行压接后仅凭肉眼观察压接表面是否完好，原则上不再采用设备仪器对整个压接部位进行内外检测，因而无法保证压接质量。另外，在压接管闭环的情况下，还可能因为涡流而发热。采用红外检测技术能够发现压接管的过热缺陷。

3.3 导线断股、散股的检查

对导线的断股、散股的检查是红外技术的又一应用。导线断股将造成载流截面减小，电流密度增大，因此在导线断股处将产生较高的温度，呈现出比较明亮的热像。导线散股将呈现出明暗相间的热像，所以应用红外热像仪可以很容易地检查出导线的断股、散股情况。

3.4 零值及低值绝缘子的检查

当绝缘子的绝缘电阻值降低到一定程度时，其电容电流增大，发热功率增大，温度升高，呈现以铁帽为中心的热像。当绝缘子的绝缘电阻进一步下降到接近零时，其发热功率也近似于零，几乎看不到明显的热像，据此可以检查有无零值或低值绝缘子。

3.5 积污绝缘子的检查

当绝缘子表面未受污染时，流过绝缘子的电流主要是电容电流，当绝缘子表面脏污时，则增加了表面的电导电流。当天气干燥时，电导电流很小，当天气潮湿时流过绝缘子表面的电导电流增大，从而使积污绝缘子的发热功率增大，温度升高，呈现以积污绝缘子为中心的热像图。当然，原则上只有在天气潮湿的情况下，才能检查出积污绝缘子。

4 结束语

红外技术是一种诊断电气设备和线路故障的有效的先进技术，属于非接触式的检测手段。一方面它在设备运行时进行，减少了停电时间；另一方面它对设备不会产生任何损害，而且可以掌握设备热状态变化，合理确定检修时间。红外技术检测速度快，工作效率高，而且可以清楚地显示故障部位和故障的严重程度，比传统的预防性试验更有效地检测出运行电压、负荷电流有关的设备缺陷。

目前，供电企业由计划检修向状态检修过渡，红外技术能够适应这种需要。实践表明，供电系统的许多事故最初都伴随着异常发热，由于得不到及时处理而酿成事故。所以红外技术可以通过检测设备的温度来判断设备的运行状态，为状态检修提供有利的科学依据。