紅外測溫在變電站設備發熱中的應用

摘要：在電力系統中，由于電氣設備發熱缺陷而引發的設備事故頻繁發生，從而影響電網的穩定運行。紅外測溫技術在變電運行中的應用越來越廣泛，高壓設備中一些比較隱蔽或者發展中的缺陷不容易發現，但可通過紅外測溫技術及時發現缺陷并進行準確的處理，避免電力系統事故發生。本文概述了電氣設備紅外測溫技術的基本原理、技術特點和分析判斷方法，并通過一次典型的電力設備發熱處理進行了分析說明。

關鍵詞：紅外測溫 缺陷

0 引言

我們在檢測電氣設備發熱故障時，可以采用一種行之有效的辦法就是紅外測溫技術。它是一種產生于歐美國家的新型非接觸測試技術，我國近幾年才從國外引進并應用，目前在我國的電力行業中得到了廣泛的應用。這一技術主要使用來檢測發電廠和變電站電氣設備溫度，查找相關的故障。

因此，近年來發展了電力設備狀態紅外監測技術，用以隨時監測電力設備的運行狀況，對保障電力設備乃至電網的安全運行起到了積極作用。

1 紅外測溫技術的基本原理和特點

1.1 基本原理

從物理學的角度來講，世界上的一切事物都會發射人眼無法看見的紅外輻射能量，而且這種能量會隨著物體的溫度的升高而變得更強。帶電設備的紅外測溫技術屬于一種新發現的技術，它能夠在帶電設備致熱效應的協助下，接收物體輻射出的紅外線能量，進而得到被測物表面溫度。這一技術實施的原理是不管哪一物體，當其溫度高于絕對零度（-273℃）時，其自身的分子運動就會輻射出波長不一樣的紅外線。我們可以通過紅外測溫儀得到被測物的表面溫度，這一儀器通過鏡頭接受功能，將被測物體輻射出的紅外線轉換成相應的電信號，經過系統的自動處理轉換成視頻，之后熱圖像會通過屏幕顯示出來，以上就是紅外測溫技術的工作原理。這種方法，能夠在很遠的范圍內對目標進行熱狀態圖像成像和測溫并分析判斷。

1.2 技術特點

紅外測溫技術的一些特點表現在：

①不接觸、不停運、不取樣、不解體。我們運用紅外測溫技術對設備進行監測時，設備正常工作時，要想實現其監測功能，需要找出設備故障引起的異常紅外輻射和異常溫度場。

紅外測溫技術在設備檢測中的應用是比較廣泛的，操作也比較簡單，可保持原來的系統運行狀態。運用這一技術進行監測，能夠監測到真實可靠的信息，保障操作安全。

②采用被動式檢測，操作上不復雜也不麻煩。因為紅外監測探測設備相關部位自身發射的紅外輻射能量，可以不利用輔助信號源，也可以不利用其他的檢測裝置，便能夠盡快的找到運行中設備的一些不正常情況，這樣能夠保障操作的安全性。所以，這一技術不管是從診斷手段上來講，還是從操作上來說都不麻煩。

③掃描成像的范圍大，速度快，通過屏幕顯示出的狀態快捷、靈敏、形象、直觀，可實現高效率的檢測功能，勞動強度也不高。

④有利于計算機分析，不斷走向智能化。紅外成像診斷儀器除了能對設備的工作情況分析處理，還可從設備紅外圖像有關參數中得到某些運算結果，進而再作進一步的分析和處理，他可以很快的發現設備中存在故障的屬性、發生的部位以及有多嚴重。

⑤不僅能夠定性反映是不是有設備故障，還能從量上體現出故障的嚴重性。能夠在一定程度上增加設備試周期，慢慢實現代替預試，降低停電頻率，避免某些不正確的操作等不安全情況的發生。這樣我們不管是在人力、物力還是時間上都能夠減少很多。

⑥如果設備使用的時間過長，或者是存在某種安全隱患，能夠對其進行隨時的跟蹤監測，保障其正常運行，充分利用其可使用時間。它能更好的完成電力設備的狀態管理和向狀態檢修體制的過渡，能夠管理其管轄范圍內的全部設備的運行狀態的溫度，還可以對不同設備的狀態演變情況進行合理的維修，同時能夠對設備維修質量進行點評。

⑦紅外診斷在很多領域都是可以應用的，效益、投資比高。我們現在也已開發了不少的電力預防性試驗測試方法，但是卻沒有哪種方法能夠在全部的電氣設備中檢測出其可能出現的全部故障。但是我們還要注意的是，紅外診斷技術在發電廠、變電站、配電等所有高壓電氣設備中的應用還是取得了不錯的效果，能夠很好的檢測出設備出現的各種故障。

2 紅外測溫技術的判斷方法

2.1 表面溫度判斷法

從被測設備的各檢查點表面溫度值來看，再與《帶電設備紅外診斷技術應用導則》中的規定進行比照，慎重選擇變壓器等主設備的環境參照體和正常相。當有些設備發熱是由于電流致熱引起的，或者是由電磁效應造成的，可通過測量到的設備表面溫度值，再根據高壓開關設備和控制設備各部件、材料和絕緣介質的溫度和溫升極限的有關規定，以及環境情況，氣候條件、負荷來具體的處理設備屬于何種性質的缺陷。這種方法不僅操作上方便易行，而且實用性也比較好，在實際的運用當中收到了良好的效果，需要注意的是，當負荷不大、故障點發熱情況表現的不是很突出時，就不能保障正確的做出故障判斷。因此用這種方法進行監測時只適用于不太復雜的外部熱故障的判斷。

2.2 相對溫差判斷法

我們要想更好地運用這一技術，做出正確的故障的分析，對電流致熱型設備來說，當設備的導流部分熱態不正常時，應進行準確測溫，按公式[（T1-T2）/（T1-T0）]×100%算出相對溫差值，電流致熱型設備的相對溫差判據如表1所示。

其中，發熱點的溫度用T1來表示；正常相的溫度用T2來表示；環境參照體的溫度用T0來表示。通常情況下，我們在判斷電流致熱設備時，采用的是相對溫差，這樣在確定紅外診斷結果時可以不受負荷及環境溫度的制約。

2.3 同類比較法

顧名思義，這種辦法就是將同類的設備進行對比，具體來講，就是同一回路的同型設備和同一設備的三相，即它們的狀況、環境溫度及運行歷史背景相同的同型設備進行對比。在操作上主要是比較同類設備的對應部位溫度值，這種發放不難檢測出設備是不是處于正常的工作狀態。我們在具體的應用中要注意三相設備同時產生發熱故障的可能性。這種方法不僅適用于電流致熱設備，而且也適用于電壓致熱設備。而且電壓致熱設備用允許溫升和同類允許溫差來判斷也是沒問題的。

2.4 熱譜圖分析法

我們在判斷設備有無異常的時候，還可以采用熱圖譜分析法。這種精密測量診斷方法在實際的應用中取得了良好的效果，現在在對電壓致熱設備的診斷中應用的比較普遍。

2.5 檔案分析法

我們在對各個時期的檢測數據進行分析的時候，要能夠分析出設備參數的變化趨勢和變化速率，這樣才能判斷出設備是不是發生了異常。需要強調的是我們要想使用這種方法進行檢測是建立在有充分的紅外檢測設備的有關數據的基礎上的。

3 測溫中的注意事項

我們在實際的測溫過程中，要想保證結果的準確度，就要注意以下幾點：①被測物體的發射率一定不能出現錯誤。②根據所選監測對象的差異，溫度環境的參照物也要發生相應的變化。③在同類比較中，我們不能使儀器與各對應點的距離產生不一致的情況，同時方位也不得出現不一致的現象。④在檢測時，要注意不要在同一方位，各個方位都要檢測好，求出最熱點的溫度值。⑤如果設備運行時，沒有正常的發熱，要做好相關的記錄，記錄下真實的負荷電流和相別及環境溫度參照物的溫度值。

4 電氣設備熱缺陷及其性質的分類

檢測電氣設備和線路的熱缺陷，我們可以采用紅外技術，如變壓器、斷路器、互感器、電力電容器、電力電纜、導線、絕緣子串、設備二次配線端子箱及照明配電盤等設備的電流、電壓致熱現象，這樣能夠及時有效的避免某些重大事故。我們所說的電氣設備熱缺陷，一般情況下就是指在某種檢測方法的協助下，找到其在某種原因的影響下而導致的發熱情況。

4.1 電氣設備發熱源。電氣設備在工作的情況下，后受到電流、電壓的共同影響，可能出現一下熱故障：電阻損耗發熱、介質損耗發熱、鐵損致熱等。

4.2 導致熱缺陷的因素有很多種，一般情況下分為外部故障和內部故障兩種。①外部故障：某些部件如果長時間的在空氣中裸露著，受到溫度的影響，再加上濕度的變化，有可能導致表面結垢而造接觸不良，也可能會在外力的作用下導致部件的破壞，所以會使導電截面積變小，進而發熱。如接頭不能很好地連接，螺栓，墊圈沒有被壓緊；長時間運行導致的腐蝕氧化；未采用質地良好的元器件，或者是采用良好的加工安裝工藝，都可能會造成導體的損傷等。②內部故障：顧名思義，就是電器內部本身故障。從電氣設備的內部結構以及其工作狀態來看，綜合傳熱學理論，分析金屬導電回路、等引起的傳導、對流，我們可以根據電氣設備外部表現出來的溫度分布熱像圖，來找出是發生了哪種內部故障。

從致熱性質上來講，一般情況下將電力設備的過熱分成兩種情況來考察，即電流致熱和電壓致熱。前者是指電流通過導電回路電阻而造成的發熱，這種故障一般會發生在設備連接件處，工作中不難被發現。后者是指運行電壓施加在設備絕緣介質上，在電場的作用下而導致設備發熱，這種故障是在溫升較小的情況下發生的，所以不容易被發現，但這種故障下的設備缺陷通常較嚴重。缺陷性質可分為以下三類：

①一般缺陷，指設備發生輕微過熱的情況，有溫差，溫度場也有梯度，但是沒有立即造成某種故障的產生，這種情況下，相關的工作人員要做好異常記錄，并存檔，還要注意從負荷和電流情況仔細觀察其發熱的程度，結合停電做好檢修工作，治理缺陷。

②重大缺陷，指設備發生了嚴重的發熱情況，溫度場梯度和溫差都非常大，此時一定要進行及時處理，盡快消除缺陷。

③緊急缺陷。指設備最高溫度超過了相關的規定，此時要及時安排處理。

5 紅外測溫技術在變電站的實際應用

實際熱缺陷問題：XX500kV變電站35kV側主開關側電流互感器接線板發熱，發熱位置如圖1所示。

5.1 設備運行狀況

XX500kV變電站35kV側所帶負荷為兩組電抗器，在巡視中發現其B相電流互感器開關側接線板溫度較高，經匯報調度后，加強對此發熱點的定時監控，經過測溫顯示發熱點并沒有繼續升溫，因此等待調度計劃安排停電后，對其進行檢修。

5.2 利用紅外線測溫技術對發熱設備進行監測

使用紅外測溫儀對發熱點進行每日監控，防止發熱點突然升溫，表2中是部分監控數據。

圖2-圖4為該電流互感器三相紅外測溫圖譜。

5.3 發熱設備缺陷分析及處理情況

此次發熱的電力金具分為左接線板和右接線板兩部分，根據其物理結構，可以將其等效為如圖5所示的電路，R1代表左接線板，R2代表右接線。在此次事件中R1發熱比較嚴重，由Q=U2/R可以分析可以得知是R2增大所致，因此在檢修時在側重處理R2，即右接線板。

在設備停電后，對發熱缺陷進行處理，對金具進行打磨，在接觸面上加入導電膏，恢復送電后進行測溫監控，其測溫情況如表3，設備運行恢復正常。

6 結論

紅外診斷技術可以提高設備巡視質量，也可以在設備運行中發現隱患，杜絕了電力系統由于設備發熱引發的重大事故和非計劃停電，提高了缺陷診斷率，保證設備安全運行。

參考文獻：

[1]中華人民共和國電力行業標準DL/T664-1999.帶電設備紅外診斷技術應用導則.中國電力出版社，1999年.

[2]陳衡.紅外熱成像技術在電力設備故障診斷中的應用.華北光電技術研究所，1994年.

[3]陳衡，等.電力設備故障紅外診斷.中國電力出版社.

[4]李堅.變電運行及生產管理技術問答.北京：中國電力出版社，2008年.

[5]中國南方電網有限責任公司.220kV～500kV變電站電氣技術導則.2005年.

[6]中華人民共和國國家經濟貿易委員會.帶電設備紅外診斷技術應用導則.北京：中國電力出版社，1999年.