紅外線成像技術在電力系統的應用

王 杰，黃志剛，白鳳春

（鄂爾多斯電業局，內蒙古 鄂爾多斯 017000）

目前，紅外線成像技術在電力系統中的運用已日趨廣泛。利用紅外線成像技術生產的紅外成像儀，由于其不接觸、不停運、不取樣、不解體，測試簡便，智能化程度高，數據便于微機分析等優點，已逐漸得到電力系統管理層和電氣設備絕緣監督專業人員的充分肯定。

鄂爾多斯電業局現有3臺紅外成像儀，其中2臺為廣州颯特公司6800型，1臺為AGEMA470型，同時各變電站均配有相應的紅外線點溫儀。這3臺紅外成像儀自1998年投入使用以后，先后發現鄂爾多斯電業局下屬樹林召110 kV變電站2號主變110 kV側C相套管將軍帽帽端發熱，盤山110 kV變電站351號斷路器C相油箱內部發熱，達旗220 kV變電站154號達東線A相耦合電容整體發熱等緊急、重大及一般性設備缺陷230多臺(次)。

1 紅外成像技術在變電站及發電廠中的應用

自1998年以來，鄂爾多斯電業局34座變電站利用紅外成像技術進行絕緣檢測，發現了大量的電氣設備缺陷。主要的電氣設備缺陷類型有：隔離開關接頭和頂帽發熱，多油斷路器油箱內部發熱，耦合電容器整體和末屏發熱，變壓器和電抗器高壓套管內連接發熱，高壓電纜接頭發熱等。紅外成像技術的應用不僅替代了母線零值絕緣子串的帶電檢測，還可對避雷器進行在線檢測。

1.1 在隔離開關中的應用

在某次對局北郊變電站進行紅外成像檢測時，發現其1012號隔離開關A相觸頭轉動球頭發熱，溫度為26.7℃，而另2相的溫度為13.5℃。依照《帶電設備紅外診斷技術應用導則》中的相應公式計算出其相對溫差為61%。《導則》規定相對溫差不大于80%時為一般缺陷，可以繼續運行。后利用停電機會進行檢查，發現A相轉動球頭內彈簧(共有8個)只剩2個完好，其余全部燒壞。在更換彈簧后，A相測溫正常。另外，利用紅外成像技術還曾發現過隔離開關刀口及接頭發熱等多起重大缺陷。由于及時發現并處理，有效避免了設備事故的發生。

1.2 在發電機定子中的應用

2004-08-20，在某次利用紅外成像技術對達拉特旗蒙達電廠5號機組定子進行測溫時，發現86個測點中有83個測點都連續分布在32.5℃～55.1℃區域，而有3個測點的溫度(62℃、66℃、67℃)遠離該連續區。根據《電力設備預防性試驗規程》中定子鐵芯試驗的有關規定，磁密在1T下齒的最高溫升不大于25℃，齒的最大溫差不大于15℃，可以判斷這3個遠離連續區的測點顯然有重大缺陷。隨后進行解體檢查，發現這3個測點處的焊頭焊接質量不良，電阻值分別為正常焊頭的15.1倍、16.3倍、16.7倍。對這3個測點處的焊頭進行處理后，2004-09-06進行復測，3個測點溫度已進入連續分布區。

1.3 在多油斷路器中的應用

2003年8月，利用紅外成像技術檢測時，發現沙圪堵110 kV變電站351號斷路器C相油箱內部發熱，溫度自上而下呈階梯分布，油箱表面溫度為39℃，正常相油箱表面溫度為25℃，相差14℃，熱像圖譜十分明顯。因此，判斷351號斷路器油箱內部故障，屬于緊急缺陷。隨即于次日停電進行試驗，發現油箱接觸電阻高達9.15 MΩ，為標準規定值的幾十倍。對油箱進行檢查，發現導電桿發黑，導電桿與鋁梁螺紋連接已部分燒熔。因此，要定期利用紅外成像技術檢測高壓斷路器及其連接板接頭，以及時發現并消除設備隱患，并為斷路器實行狀態化檢修提供有力依據。

1.4 在耦合電容器中的應用

2003-09-04，在對北郊變電站進行紅外成像測溫過程中，發現151號東北線A相耦合電容器整體發熱。A相溫度為19℃，正常相溫度為17.4℃，溫升達1.6℃。根據《導則》要求，該型號耦合電容器的相對溫升不大于1.5℃。因此，A相耦合電容器故障屬重大缺陷。于次日停電進行常規試驗，測得介損值為0.4%(規程標準為不大于0.2%)，已超標不能使用。

1.5 在高壓電纜檢測中的應用

利用紅外成像技術檢測電纜接頭發熱是比較有效的方法。榆樹灣110kV變電站10kV電容器開關柜與電容器間采用2根截面積為95mm2的鋁芯三芯電纜連接，電纜載流量為250A。2003年3月，利用紅外成像儀測溫時，發現2根電纜溫度有明顯差異，一根為48℃，一根為35℃，溫度相差13℃；但未超過規程要求的60℃標準，可以繼續運行。比較其他幾組電容器的電纜溫度發現，其他電纜溫度都在40℃左右。依據《導則》中相應公式計算出這2根電纜的相對溫差為61.54%，因此初步判斷此組電容器的電纜有異常。用鉗形表測量電纜頭處電流，發現一根電纜電流為229A，另一根電纜電流為0，而正常電容器的2根電纜電流都應是117A。隨后停電檢查，發現電容器開關柜內1根電纜的緊固螺絲松動，同時螺絲存在不同程度的放電現象。更換螺絲后測量電纜溫度正常。

某次對達鎮110kV變電站10kV橡塑電纜利用紅外成像技術測溫時，發現其電纜三叉頭溫度達147℃。《導則》規定該類型的電纜運行時溫度不大于90℃，因此屬緊急缺陷。停電試驗發現，其泄漏電流為120μA，大于50μA的標準值。重做電纜頭后，測溫正常。

1.6 在復合絕緣子檢測中的應用

由于紅外成像技術可以檢測到因局部放電或泄漏電流流過絕緣物質時產生的介電損耗或電阻損耗等引起的絕緣子局部溫度升高，因此可以用于在線檢測。凡有明顯局部過熱點的絕緣子，其過熱點至絕緣子高壓端硅橡膠表面上均呈現發黑、粉化、變脆、憎水性基本喪失等特點，有的還出現許多細小裂紋，甚至出現嚴重破損。

2 需繼續探索的課題

紅外成像技術在鄂爾多斯電業局各變電站電氣設備的檢測中應用已十分廣泛，但在以下2個方面的應用上還需繼續探索。

(1) 理論上講，變壓器和電抗器鐵芯漏磁時應有明顯的局部發熱現象，而局下屬某10kV電抗器內部長期過熱，經多次紅外成像檢測，雖然發現電抗器整體溫度較高，但并無明顯的局部發熱圖譜。因此，對如何利用紅外成像技術檢測變壓器和電抗器內部磁滯渦流發熱仍需不斷嘗試。

(2) 利用紅外成像技術還不能對電壓、電流混合致熱型電氣設備(如套管)的故障進行準確定性，而且目前還不能完全排除各種干擾因素對紅外成像檢測結果的影響，所以在這些方面也需繼續探索。

3 經驗與體會

隨著大電網、高電壓的發展，對電力系統的可靠穩定運行提出了越來越高的要求。紅外狀態監測和診斷技術具有遠距離、不接觸、不取樣、不解體，且準確、快速、直觀等特點，可以實時地在線監測和診斷電氣設備大多數故障(幾乎可以覆蓋所有電氣設備各種故障的檢測)，因而備受國內外電力行業的重視(國外已普遍應用的一種先進狀態檢修體制)，并得到快速發展。紅外檢測技術的應用，對提高電氣設備的可靠性與有效性，提高運行經濟效益，降低維修成本都有很重要的意義，是目前在預知檢修領域中普遍推廣的一種很好手段，可以使維修水平和設備的健康水平上一個臺階。

雖然通過紅外成像儀測溫能對電氣設備進行實時帶電檢測，發現常規試驗手段所不能發現的設備故障，但就目前紅外成像檢測技術的發展水平來看，僅采用該技術還不能對設備的內部所有故障做出準確判斷。因此，對于設備內部故障進行檢測時，應將常規試驗手段和紅外成像檢測手段有機結合、互為補充。

總之，在紅外成像測溫檢測時，應該從一些不太明顯的表面現象入手，仔細分析，發現問題、解決問題，同時積累一些典型的溫度數據和熱圖譜，這樣在發現異常時進行比較分析。在發現問題時，不僅要按照《導則》的要求進行定性，而且要通過一些手段和方法找出發熱的成因，再針對具體問題進行具體分析。

1 陳 衡，侯善敬著.電力設備故障紅外診斷(第一版).北京:中國電力出版社,1999.

2 胡紅光著.電力紅外診斷技術作業與管理.北京 ：中國電力出版社，2006.