架空输电线路故障诊断中红外测温技术的运用

韦海坤 柳竺江 严俊韬

电气设备维护中经常用到的一种十分重要的科学技术便是红外测温技术。运用红外测温设备能够提前检测到可能出现故障的位置，避免过热，还能将预防性试验维修升级至预知状态检修，防患于未然。针对目前架空输电线路负荷电流攀升以致线路故障的问题，本研究介绍了使用红外测温技术进行故障诊断的方法，详细说明了红外测温技术的技术分析和理论依据，从导线的连接形式、环境因素、施工质量方面对影响导线温度的因素进行分析，并引实例验证。

红外测温;架空线路;导线温升

我国工业用电和居民用电负荷的不断增长，架空输电线路负荷随之不断升高。导线接头处由于受到输电线路负荷变化的影响，长时间运行使其接触电阻变大，机械强度下降，严重情况甚至会发生接头烧熔、断线事故。红外测温法由于其操作简便、测量精度高，被广泛用于对电力设备进行测温，主要的操作仪器有红外点温仪和红外热成像仪等。

红外测温仪的原理是被测目标的红外辐射能量分布图形被红外探测器、光学成像物镜接收并反映到红外探测器的光敏元上。光机对被测物体展开扫描，并将其红外热像投射到单元或分光探测器之上，再由探测器将红外辐射信号转换成电信号，并将信号放大，转换成标准视频信号通过电视屏或监测器显示为红外热像图。热像图与物体的热分布场相对应，它的实质是被测目标物体地各部分热像图所反映出的是物体的热分布场，它实际上就是被测物体各部分的红外辐射热像分布图。由于传导的信号非常微弱，与可见光图像相比，热像图缺少一定的形象和立体感。因此，在现实的操作技术中，为了得到较为准确的结果，技术人员常采用一些其他技术来补充仪器实际应用功能，如对比度与亮度的控制，以及伪色彩描绘等技术。

导线发生断股或断股补修的地方出现温度过高的情况，导线接头压接管的接触电阻过大、架空线路杆塔上的引流线夹或跳线夹与耐张线夹等的螺栓松动是导致架空輸电线路中的导线故障的主要原因。在我国，架空输电线路中运用的接续金具主要有钳压、液压和螺栓连接等十几类，共一百多种型号。耐张液压管、耐张爆压管、C型线夹等相互连接形成了架空输电线路导线的接头。其中C型线夹、并沟线夹多为螺栓式，耐张管多为液压型和爆压型，被称为压缩连接件。架空输电线路导线的C型线夹、并沟线夹和压缩连接件都安装在导线表面，在电路中是串联的关系，连接件中通过的负荷电流与导线中通过的电流相同，但是由于各接头截面积大于导线截面积，接头处负荷电流会更大。这是因为一般导线与连接件之间接触电阻很低，它们之间可以形成很好的电气连接，在正常情况下，导线接头处的温度一般不会过高。而当初始压力过大时，热循环会加快劣化，缩短使用寿命，同时接触电阻增大。

由于导线中有负荷电流通过，其运行时的温度总会比环境温度高一些，红外成像技术可以将这个特征很好地表现出来。正常情况下，导线相对于环境温度的温升值大小受到日照强度、周围空气对流散热、线路负荷的大小以及对流散热与辐射散热的强弱等的影响，正常运行时，导线的温升随导线中通过的负荷电流密度的平方正比例增加。影响导线在空气中的散热的主要是流经导线表面的风速，对载流线路导线温升随电流密度及风速的变化规律进行深入研究，可以为架空输电线路故障的红外检测提供可参考的的科学依据。经过进一步研究发现，当电流密度和温升都相对较小时，风速造成的影响也相对较小;电流密度及温升越大，风速的影响也就越大。太阳辐射引起的载流导线附加温升也将随气象情况、季节、地理位置及检测时间变化。从量值来看，导线附加温升随日照强度成正比例增长，从时间来看，导线附加温升相对于日照强度的变化滞后要稍微滞后。日照强度一般在上午11时30分达到最大值，而导线附加温升约在13时达到最大值，比日照强度变化滞后约1.5h。这种情况可以用架空输电线路导线的热惯性来解释。综上所述，为了避免太阳辐射对作业造成影响，进行架空高压输电线路故障的红外检测作业应该选择在上午10时以前无风并且阴而无雨的天气。

受环境限制，施工现场一般无法检查出接头处是否接触不良，施工时接触电阻过大的接头是十分常见的。造成该隐患的主要原因例如线材质量差，导线接头在爆压前未进行打磨，使得氧化物、硫化物及其他污秽附着于导线表面。长期在野外环境中运行，振动、摆动、电动力冲击会造成连接松动，周期性通断造成线路部件频繁热胀冷缩，或由于环境变化造成机械零件性能降低等都是造成导线接头接触不良的重要原因。一般来说，合格的连接件其接触电阻率是很小的，由电阻损耗产生的发热功率很少，温升较低，也不易形成表面氧化膜，因此其接触电阻较低而稳定。相应的，连接不良的导线接头连接件接触电阻率相对较高，电阻损耗引起的发热功率较高，温升也相对较大。温度升高的同时，各种物理或化学变化的速率也加快，促使连接件接触面发生氧化反应，接触电阻阻值也不稳定。这种接触电阻与过热温升之间的周而复始的恶性循环过程，最终会导致导线接头部分的机械强度降低，变长以及变细，甚至还会断开。当输电线路受到雷击或者发生短路时，极大的电流在很短的时间内通过接头处，十分容易造成导线接头处烧断。

3. 

与同样长度的导线相比，由同种材料构成的良好导线接头直径大于导线直径，所以，良好导线接头的热像特征表现为相对于线路导线有负的温升。也就是说，一般情况下正常导线接头在设备平稳运行时的温度是比线路温度低的。由此可以看出，在对架空输电线路导线接头进行红外检测时，发现导线接头与1m以外导线的相对环境温升相等，就表明该导线接头已存在接触不良缺陷。架空输电线路导线轴向温度分布在不同的运行参数时趋势大致相同。也就是说，当电流变化范围很大时，从距出现故障位置约1m处开始，到无穷远处，沿导线轴向的温度是逐渐趋于稳定的。由此可以得出结论：在对故障线路进行红外检测时，按照导线接头故障发热的状态沿导线轴向温度变化的分布特征，以距故障接头1 m处作为参考点，利用其温升值来衡量故障导线接头相对于导线的温升，并据此来评价故障发生的严重程度，得出的结果是可靠的。另外，由于良好导线接头的温度应低于线路导线温度，当检测到接头相对于1m以外导线温升为零时，该导线接头处可能会发生故障。

4. 

2012年9月，110kV渤城线2号塔U相大号侧耐张线夹引流板87℃。抢修后调查了解到，由于耐张线夹连接板与引流线连接板在施工安装中都被装反了，已经严重烧坏，连接螺栓也已经烧断。另外由于接触面连接不紧密，线路会容易受到雨雪、有害气体以及酸碱盐等有害物质的腐蚀和污染，以致金具连接处发生氧化并过早老化;110kV渤城线2号位于海边强风区，为同塔四回线路，该处引流距地面约56m，由于常年受强风影响，连接板的螺栓发生松动，其接触电阻增大。

架空输电线路中的耐张线夹及直线接续金具受到施工工艺、运行环境、机械作用、运行老化等因素影响，会产生连接螺栓松动、接触面氧化、接触电阻增大等问题影响设备运行。作为一种成熟的、高效的检测手段，红外测温诊断被广泛应用于架空线路状态检测中。利用红外点温仪和远红外热成像仪作为检测仪器，可实时掌控设备的运行状况，迅速确认故障位置，为线路状态的检修提供准确和可靠的数据，以尽早排除输电线路接头、耐张线夹等设备中存在的隐患。

[1]DL/T 741—2010，架空输电线路运行规程[S].

[2]应伟国.架空送电线路状态检修实用技术[M].北京：中国电力出版社，2004.

[3]红外测温技术在超高压电网中的应用与探讨[J].阙小生，陈德兴.红外.2011（04）

[4]红外测温技术在避雷器带电检测中的应用[J].阚金辉.通信电源技术.2011（05）

[5]红外测温技术在电力系统消除缺陷中的应用[J].沈长德，黄强，应飞.科技创新导报.2010（24）

[6]红外测温技术在配网设备运行维护中的应用[J].麦盛开.通讯世界.2017（23）

[7]红外测温技术在大型直流电机转子温度监测中的研究与应用[J].赵韶亭，张震.科技经济导刊.2016（27）

职工创新项目名称：应用可穿戴技术的输电设备现场型全维度红外测温装置研制（031900KK52190018）