配電網電氣設備紅外診斷與故障解析

王國權

（朔州市區供電公司，山西 朔州 036000）

配電網設備種類比較繁雜，通過紅外測溫可以較全面地反映出設備故障及缺陷情況。從構成設備的材料上分類，大致可以分為導體和絕緣體。配電設備需要兩點安全運行條件：一是導體部分的導電性能良好；二就是介質絕緣性能良好。介質的絕緣性能檢測，系統內早有試驗規程和較為齊全的儀器。而檢測導體導電性能的好壞，至今還缺乏有效的檢測手段，特別是配電網中的電氣設備較多，設備中的導體接點接頭更多，眾多的導體接頭是發生事故的一個重要因素。如果按照常規做法對每一個導體接頭進行檢修，一是人力不允許；二是設備停電次數多、時間長，供電可靠性無法保證。即使兩者都允許，但檢修維護人員的技能和無意過失所造成的缺陷數量也是可怕的。

因此，導體的導電性能的檢測就成了配電網設備運行管理中的一個重要課題。過去人們重視設備絕緣性能檢測工作，使得設備的絕緣事故顯著減少，但是導體部分導電性能的劣化（特別是接頭）不容易被發現。以朔州市區供電公司為例，過去發生的導體故障超過絕緣損壞所發生的故障，這說明導體性能劣化，接頭接觸電阻增大，進而造成導體溫度升高，而且時間越長，溫度越高；溫度愈高，導體的電阻愈大，如此惡性循環，最終導致事故發生，損壞設備。這種熱故障是配電網事故頻繁發生的主要原因之一。因此，搞好電氣設備導電性能的檢測，應當引起人們足夠的重視，尤其在電氣設備維護檢修制度和方法不斷改進的今天。破除單純以時間周期觀念為基礎的設備維修制度，建立以狀態監測為基礎的設備維修制度；應該積極推廣在線檢測診斷技術，使其成為提前診斷，預知檢修，提高設備運行可靠率，并逐步開展電氣設備狀態檢修，以確保電網的安全、經濟、可靠運行。

電氣設備產生溫度異常的原因是多方面的。紅外測溫通過對運行中設備表面所產生溫度場的比較，進行分析和研究，找出設備的故障性質和故障點。也就是利用設備呈現的局部過熱或溫度異常，揭示出設備故障的緣由。造成設備過熱或溫度異常的原因有很多：導體連接處連接不良，材質不佳，接觸面積小，絕緣部分受潮劣化，過負荷運行，假油位，漏磁渦流等都是原因所在。這些故障現象在紅外診斷技術方面可分為兩大類，即設備的外部故障和內部故障。

設備的外部故障主要是指裸露在大氣中設備的各類連接點、過渡點和導體本身的熱故障。電流通過導體時，電能損耗會引起導體發熱，溫度升高。根據焦爾楞次定律，載流體所產生的熱量Q=I2RT，即取決于回路的電阻大小、流過的電流及電流流過的時間長短。其中，回路電阻除了與導體材質和接點連接工藝有關外，還受外界有害氣體和各種電動力機械力的間接影響，而負荷電流僅與運行工況有關。

電氣設備的內部故障主要指封閉在設備外殼內部的故障。其產生溫度異常的原因大致有5種：①設備內部導體部分連接不良；②內部介質損耗大；③內部電壓分布畸變或泄漏電流過大；④內部絕緣性能劣化、距離不足等引起局部放電，進而發展為絕緣擊穿；⑤充油設備內部缺油。

由此可見，內部故障不同于外部故障，其故障性質多種多樣。設備內部結構復雜，紅外輻射不具有穿透能力，熱像儀接收到的只是傳導到設備表面的熱能構成的熱像圖譜。根據熱量傳導和對流特性，由內部故障點發生的熱量將主要通過與其接觸的金屬聯接件、絕緣油和氣體等的傳導和對流。其中，與故障點連接的導電體都是良好的導熱體。從外部對與其相關的部件進行紅外熱像圖譜分析，即可判斷出內部故障情況。需要注意的是分析設備內部故障發現，溫度不是決定的因素，重要的是溫度場的分布及與其同類設備進線比較。在有些設備熱像圖譜上看到的最高溫度區往往不是故障點，反而低溫區卻是故障點，比如儲油設備缺油時。

電力設備的許多故障模式都是由設備的熱狀態異常表現出來的。熱狀態異常有兩種：一種是設備比正常溫度偏高；另一種則是設備比正常溫度低。而紅外檢測與故障診斷的基本原理就是通過探測設備的紅外幅射信號，從而獲得設備的發熱狀態，并根據這些狀態特征及其發展規律，作出設備故障情況和嚴重程度的判斷。

在當今用戶對電能質量及可靠性要求越來越高的情況下，開展狀態檢修已經成為電氣設備檢修不可或缺的重要手段和檢修方式，對設備進行帶電紅外成像檢測已成為掌握設備運行狀態的最佳方法和有效手段。下面筆者遵照帶電設備紅外檢測的有關規程規定并結合實際使用情況，對設備帶電紅外檢測工作進行簡單闡述：

（1）堅持“安全第一”的原則。設備紅外檢測工作必須綜合考慮設備狀態、運行工況、環境影響等風險因素，確保人身、設備檢測現場的安全。

紅外檢測大多在早晚進行，視線不理想，所以必須做到專人監護。至少應由兩人進行，特別強調的是：在改變檢測位置時，一定要注意現場狀況，如電纜溝、樹木、拉線、水溝、馬路沿等，防止摔跌。如在馬路附近，還應注意過往車輛。在檢測過程中要格外注意檢測人員兩側、上方及后方的物體，防止碰撞。

在近距離觀察被測設備時，一定要保持人體與帶電設備之有足夠的安全距離。

（2）正確選擇發射率及測溫范圍。用某一發射率檢測發現設備異常后，如果需要精確檢測，為提高檢測準確性，滿足故障分析的需要，一定要參考被檢測設備的輻射率，選擇紅外儀器的發射率。不同部位對比檢測時，要在同一方位、同一角度、同一距離進行，盡量減小發射率的影響，一般檢測，被測設備的輻射率取0.9左右。

（3）避開背景輻射的影響。現場檢測中除嚴格遵守設備帶電紅外檢測的相關規程之外，還需強調紅外檢測工作的特殊性。防止環境溫度的影響，盡量避開三伏和三九，春季4～5月適宜，秋季9～10月最佳。戶外設備檢測應選擇在陰天、日出前或日落后一段時間內，最好在晚上。檢測工作至少由兩人進行，戶內設備檢測時，應關閉照明燈具。

在進行帶電設備紅外檢測時，盡量避開其他熱源輻射的干擾，如燈泡、煙囪、發熱管道、人體及太陽光反射等情況，防止大氣中物質的影響。由于紅外線在傳輸路徑大氣中存在水汽、一氧化碳、甲烷和懸浮微粒，使其衰減，因此，檢測應盡量安排在大氣較干燥的季節進行。

（4）防止運行狀態的影響（電流制熱型設備宜在設備滿負荷時檢測；電壓制熱型設備宜在額定電壓下檢測，電流越小越好）。

（5）帶電設備紅外檢測診斷資料整理。紅外檢測資料包括現場檢測記錄和紅外診斷報告。

紅外檢測記錄包括：①檢測時間及人員；②天氣條件（霧、陰、晴、溫度、濕度、風速）；③測試距離；④熱像儀發射率；⑤設備運行負荷；⑥設備額定負荷；⑦設備編號；⑧缺陷部位；⑨缺陷部位溫度；⑩正常相溫度；輥輯訛環境溫度參照體溫度；輥輰訛紅外圖譜及可見光圖像。

紅外診斷報告是為設備健康水平做出的正式書面報告，是指導設備檢修及消缺的依據，應在檢測記錄的基礎上由檢測人員依據有關標準進一步地整理分析，結合設備運行工況的歷史進行紅外圖譜分析，作出對設備缺陷性質的判斷。

有條件時，單位應對設備建立歷年的紅外診斷檔案。

在重視高壓電氣設備紅外檢測的同時，要加強對二次設備及控制回路和低壓設備的檢測。二次回路本屬于低電壓小電流運行的設備，其過熱缺陷往往不受重視。通過實踐發現，二次接觸不良，不但引起導線本身過熱，還會引起鐵芯過熱，使絕緣老化，甚至造成保護誤動。嚴重時還會引發火災事故，如二次電纜及直流設備的火災事故。所以對二次設備、低壓設備和控制回路的紅外檢測也應引起足夠的重視。

紅外檢測人員要有強烈的責任心和安全意識，不僅要當好“化驗員”，也要爭取當好“醫生”。這就要求我們在做好設備紅外檢測的同時也做好故障分析診斷工作，為設備安全的可靠運行及真正實現狀態檢修作出貢獻。