紅外成像測(cè)溫技術(shù)在配電網(wǎng)缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

摘 要：在電力系統(tǒng)中，由于電力設(shè)備發(fā)熱缺陷而引起的設(shè)備事故時(shí)有發(fā)生。隨著配電網(wǎng)供電可靠性要求的不斷提高，采用紅外測(cè)溫診斷技術(shù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備缺陷，使設(shè)備故障得到及時(shí)的消除避免電力系統(tǒng)事故的發(fā)生。本文詳細(xì)闡述紅外成像技術(shù)在電力配電線路上圖像采集和數(shù)據(jù)處理的方法，并提供典型應(yīng)用分析。結(jié)果表明達(dá)到了很好的效果。

關(guān)鍵詞：紅外成像 配電網(wǎng) 故障檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（a）-0110-02

電網(wǎng)帶電運(yùn)行設(shè)備缺陷的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行具有十分重要的意義。10 kV配電網(wǎng)目前普遍采用的方法是安排線路工作人員定期進(jìn)行巡視，但是這種方法不適合排查由于老化或者接觸不良等原因造成的設(shè)備內(nèi)部過(guò)熱等缺陷。采用紅外成像測(cè)溫技術(shù)能很好解決這一問(wèn)題，尤其對(duì)電力設(shè)備的早期故障診斷和預(yù)防性維修具有突出優(yōu)點(diǎn)。

1 紅外成像技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

紅外成像測(cè)溫技術(shù)在電力工業(yè)中的應(yīng)用，國(guó)外開(kāi)始于20世紀(jì)60年代，我國(guó)開(kāi)始于80年代。1990年，在國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE）上，對(duì)紅外診斷技術(shù)給予充分重視和肯定[3]。

利用紅外成像儀器對(duì)電氣設(shè)備和線路的熱缺陷進(jìn)行探測(cè)，如變壓器、套管、斷路器、刀閘、導(dǎo)線等具有電流、電壓致熱效應(yīng)或其他致熱效應(yīng)的設(shè)備，這已成為電力設(shè)備監(jiān)測(cè)、普查、及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患、及時(shí)搶修、杜絕惡性突發(fā)性設(shè)備事故的一種先進(jìn)手段[7]。

2 紅外測(cè)溫圖像采集和數(shù)據(jù)處理

在紅外測(cè)溫圖像的采集和數(shù)據(jù)處理過(guò)程中存在多種因素影響紅外測(cè)溫最終結(jié)果有各種各樣的因素，因此掌握正確的圖像采集和數(shù)據(jù)處理方法尤其重要。

（1）影響圖像采集的因素。

①人員因素。為保證檢測(cè)質(zhì)量滿足電力安全生產(chǎn)服務(wù)的需要，從事電氣設(shè)備紅外熱像檢測(cè)人員應(yīng)了解紅外熱成像診斷技術(shù)的基本條件和診斷程序，熟悉掌握儀器的操作程序和調(diào)試方法；了解被檢測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、外部接線、運(yùn)行狀況和導(dǎo)致設(shè)備故障基本因素；具有一定現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)，熟悉并能?chē)?yán)格遵守電力生產(chǎn)和工作現(xiàn)場(chǎng)的有關(guān)安全規(guī)程

②環(huán)境因素。環(huán)境溫度一般不宜低于5 ℃、空氣濕度一般不大于85%。不應(yīng)在有雷、雨、霧、雪的情況下進(jìn)行檢測(cè)，風(fēng)速一般不大于5 m/s；氣候?yàn)殛幪臁⒍嘣茷橐恕⑶缣煲荛_(kāi)陽(yáng)光直接照射或反射入鏡，無(wú)霧。同時(shí)應(yīng)避開(kāi)環(huán)境溫度劇烈變化時(shí)間段；在室內(nèi)檢測(cè)應(yīng)避開(kāi)燈光的直射，最好閉燈檢測(cè)。

③受檢設(shè)備因素。檢測(cè)電流致熱的設(shè)備，最好在設(shè)備負(fù)荷高峰狀態(tài)下進(jìn)行，一般不低于額定負(fù)荷的30%；檢測(cè)電壓致熱的設(shè)備，保障在額定電壓下運(yùn)行，負(fù)荷電流越小越好。

（2）數(shù)據(jù)處理方法。

處理紅外采集圖像方法主要有表面溫度判斷法、相對(duì)溫差判斷法、同類(lèi)比較判斷法、熱譜圖分析法，精確檢測(cè)還應(yīng)采用檔案分析法比較不同歷史時(shí)期的溫升、相對(duì)溫差和熱譜圖。

①表面溫度判斷法。根據(jù)測(cè)得的設(shè)備表面溫度值，對(duì)照GB/T11022-1999《高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》中對(duì)高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備各種部件、材料和絕緣介質(zhì)的溫度和溫升極限的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合環(huán)境氣候條件、負(fù)荷大小進(jìn)行分析判斷。

②相對(duì)溫差判斷法。為了提高判斷正確性，對(duì)電流致熱型設(shè)備，若發(fā)現(xiàn)設(shè)備的導(dǎo)流部分熱態(tài)異常，應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)溫，根據(jù)公式（1）計(jì)算相對(duì)溫差值判斷確定缺陷性質(zhì)，并劃分為緊急缺陷、重大缺陷及一般缺陷等3類(lèi)[1]。

（1）

其中：為相對(duì)溫差值；

為正常相溫度；

為發(fā)熱點(diǎn)溫度；

為環(huán)境參照溫度。通常設(shè)與被測(cè)物體同質(zhì)（發(fā)射率相同）且與周?chē)諝鉁囟认嗤邽閰⒄瘴铩?/p>

③同類(lèi)比較判斷法。根據(jù)同組三相設(shè)備間對(duì)應(yīng)部位的溫差進(jìn)行比較分析。如果三相設(shè)備同時(shí)出現(xiàn)異常，可與同回路的同類(lèi)設(shè)備比較。

④熱譜圖分析法。根據(jù)同類(lèi)設(shè)備的正常狀態(tài)和異常狀態(tài)的熱圖像判斷設(shè)備是否正常，當(dāng)電氣設(shè)備其他試驗(yàn)結(jié)果合格時(shí)，應(yīng)排除各種干擾對(duì)圖像的影響，才能作出結(jié)論。

⑤檔案分析判斷法。分析同一設(shè)備不同時(shí)期的檢測(cè)數(shù)據(jù)，找出設(shè)備致熱參數(shù)的變化，判斷設(shè)備是否正常。

3 紅外成像測(cè)溫技術(shù)在配電網(wǎng)的應(yīng)用

（1）應(yīng)用案例分析。

以慈溪局10 kV新橫B853線為例，7月下旬對(duì)該線路進(jìn)行正常周期性紅外測(cè)量。該日氣象條件：晴，大氣溫度28 ℃，濕度68%，風(fēng)速2 m/s。測(cè)量時(shí)間段為上午8點(diǎn)至9點(diǎn)之間，線路負(fù)荷約為62%。紅外測(cè)量對(duì)象為線路耐張搭頭。取得圖像如圖1、2。

圖1與圖2均為主干線電源測(cè)線路耐張搭頭。從圖1可以看出A相溫度為31.9 ℃，B相溫度為31.9 ℃，C相溫度為31.6 ℃。三相溫度基本保持一致。圖2所示A、C兩相分別為34.2 ℃、33.8 ℃，比正常相溫度略高，而B(niǎo)相溫度為41.6 ℃，超過(guò)正常相溫度約10 ℃。

采用相對(duì)溫差判斷法進(jìn)一步判斷缺陷性質(zhì)。如算式（2）所示：

（2）

從算式（2）可知該處相對(duì)溫差值已達(dá)到74%。根據(jù)DL/T664關(guān)于缺陷等級(jí)分類(lèi)該處相對(duì)溫差值大于一般缺陷相對(duì)溫差值30%，但小于緊急缺陷規(guī)定的相對(duì)溫差值80%。該缺陷應(yīng)確定為一般缺陷，需要予以密切關(guān)注，防止演變?yōu)橹匾毕莼蛘呔o急缺陷。

（2）應(yīng)用效果。

從應(yīng)用紅外成像技術(shù)在某局10 kV配網(wǎng)缺陷檢測(cè)的情況來(lái)看，溫度越限情況占總?cè)毕莸谋戎乇容^大。統(tǒng)計(jì)第三季度缺陷如表1、表2所示。

從表1和表2可以看出第三季度缺陷中，采用紅外成像檢測(cè)出的一般缺陷占總?cè)毕莸?0%，重要缺陷占總?cè)毕莸?5%。因此利用紅外成像技術(shù)提高了設(shè)備缺陷發(fā)現(xiàn)的幾率，為線路檢修工作提供了更為可靠的依據(jù)，保障了線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性要求的提高，傳統(tǒng)的設(shè)備缺陷巡視方法已經(jīng)不能滿足可靠性標(biāo)準(zhǔn)要求。在配電線路中由于致熱導(dǎo)致的內(nèi)部缺陷，采用一般的巡視很難發(fā)現(xiàn)。紅外成像技術(shù)作為一項(xiàng)在發(fā)電廠、變電站設(shè)備檢修中應(yīng)用已相對(duì)成熟的方法，同樣適用于配電網(wǎng)設(shè)備的缺陷檢測(cè)，因此為保證電力生產(chǎn)安全高效運(yùn)行，把紅外成像技術(shù)應(yīng)用到配電網(wǎng)設(shè)備的日常巡視中，可以提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，降低維修成本，為電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

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