紅外成像測溫技術在變電站中的應用

【摘要】隨著社會對電力供應可靠性的要求越來越高，對電力設備的安全穩定運行提出了更高的要求，變電站作為電能輸送的心臟，其安全穩定運行就越為重要，如何在不停電的狀態下檢測變電站電氣設備的運行狀況，預見電氣設備的健康狀況，紅外成像測溫技術的發展為我們提供了一種先進而有效的方法，本文將從電氣設備發熱類型、紅外成像測溫方法、判斷方法等通過現場實例分析，從技術和管理兩個方面闡述紅外成像測溫技術在變電站運行中的應用，為今后紅外成像測溫工作提出建議。

【關鍵詞】紅外成像測溫；發熱類型；變電站；電氣設備；測溫；判斷方法

1.引言

變電站運行的電氣設備在日常運行過程中，其通流和導磁部位會產生致熱效應。正常情況下，致熱效應不會影響設備的安全運行。但往往由于出現故障而導致設備運行的溫度狀態發生異常，這種異常，嚴重時可能會導致導電回路連接件燒損或毀壞：也可能使電介質絕緣性能劣化，產生擊穿現象直至喪失絕緣性能，最終釀成事故。傳統的試溫蠟片檢測的方法只能對導體導流部分的溫差大的發熱產生作用，對避雷器、電壓互感器等溫差小的電器設備往往不產生作用。而紅外成像測溫技術，對不同類型的發熱源都能較有效的進行檢測，通過對紅外成像的分析，具有不停電、不取樣、不接觸、直觀、準確、靈敏度高、快速、安全、及應用范圍廣泛等優點，及時的發現電氣設備的各種缺陷，從而為及時消缺搶得時間，提高了電氣設備運行的可靠性。

2.變電站電氣設備紅外成像測溫開展的狀況

2005年以來，由于紅外成像儀的配置，我們的測溫手段由原來傳統的試溫蠟片、紅外線點測發展到紅外成像檢測，通過對電氣設備紅外檢測圖像的定量與定性分析，大大提高了設備測溫的效率及缺陷的發現率。從2005年開始，我們為每個變電站或巡維中心配置一臺紅外成像測溫儀，并根據各個變電站在電網中的重要性及站內電氣設備狀態評價的結果，制定差異化的運維策略，確定設備的運維等級，對運維等級高、運行環境差、陳舊或有缺陷、大負荷運行期間、方式轉變負荷突然增加的設備縮短紅外成像測溫的周期，提高測溫次數、對運維等級低的設備適度延長紅外成像測溫的周期，經過多年的摸索與積累，變電站紅外成像測溫檢測工作有了長足的發展，故障檢測和診斷水平不斷提高。

3.電氣設備發熱類型及主要成因

3.1 電流致熱型設備

電流致熱型設備的發熱是由電流作用在導電電阻上產生的，遵循P=R規律，此類發熱主要出現在導電部件的聯結、連接及接觸處。如電氣設備的導電回路中某些連接件、緊固件連接不良；接觸面不平整、聯結板沖孔后沒有倒角，銅、鋁過度板搪錫不完全，在水分的作用下形成原電池效應，銅、鋁連接面被氧化銹蝕；或接觸面導電膏涂抹過多、不均勻、涂抹時使用布料使纖維混雜在導電膏內；隔離開關的觸子彈簧失壓等原因引起導流回路連接異常，就會引起接觸電阻增大，當負荷電流通過時，導致局部過熱。

3.2 電壓致熱型設備

電壓致熱型設備的發熱是通過電壓作用產生的，遵循，此類發熱主要出現在電容器、互感器、避雷器、充油套管內部介質損耗及其瓷套管劣化等問題上。如果電氣設備的絕緣部分出現性能劣化或絕緣故障，將會引起絕緣介質損耗增大，在運行電壓作用下也會出現過熱。

3.3 綜合致熱型設備

綜合致熱型設備的發熱既有電壓效應，又有電流效應或者電磁效應引起的發熱，此類發熱是各種效應的共同作用下出現的過熱。

由上可知，許多電氣設備故障往往都以設備相關部位的溫度或熱狀態變化為征兆表現出來，因此，利用紅外熱成像儀對設備進行紅外成像測溫成像，將物體發出的紅外輻射轉變為可見的熱分布圖像，從而獲得設備的溫度及熱分布，通過直接觀察記錄紅外成像圖的變異，可以分析判斷設備可能存在的各種故障缺陷。

4.紅外成像測溫的方法

根據日常進行紅外成像測溫的經驗與《DLT 664-2008帶電設備紅外診斷應用規范》的要求，紅外成像測溫應采取全面測溫與精確點測相結合的方法，具體為：首先遠距離對所檢測電氣設備進行全面掃描，發現異常后，再針對性的近距離對異常部位和重點被測設備進行準確的檢測，檢測完成后，記錄被檢測設備的實際負荷電流、額定電流、運行電壓、被檢測電氣設備的溫度及環境參照體的溫度。

5.紅外成像測溫的判斷方法

5.1 表面溫度判斷法

在變電站電氣設備的紅外成像測溫中，此方法應用比較廣泛，主要應用于電流致熱型設備，表面溫度判斷法是通過紅外測溫直接讀取電氣設備的表面溫度，然后根據《GB/T 11022中高壓開關設備和控制設備各種部件、材料及絕緣介質的溫度和溫升極限的有關規定》進行判斷，對于此方法的應用最好在高負荷時進行，一般在不低于30%的負荷時應用。

5.2 同類比較判斷法

根據同組的三相設備、同相設備之間及同類設備之間對應部位的溫差進行比較分析，對于電壓致熱型發熱可以結合圖像特征判斷法分析，對于電流致熱型發熱可以結合相對溫差判斷法進行分析。

5.3 圖像特征判斷法

只要適用于電壓致熱型設備，主要是將不同時期檢測的紅外成像圖進行比較，通過與正常運行狀態下的圖像進行對比，發現異常。但應用此中方法應盡量排除各種因素的干擾，例如在相同的環境參數下、相同的狀態下進行，必要時應結合電氣預防性試驗開展。

5.4 相對溫差判斷法

此方法主要是針對電流致熱型設備，特別是適用于小負荷電流致熱型設備，采用相對溫差判斷法可以降低小負荷缺陷的漏判率。

6.電氣設備發熱缺陷診斷判據

變電站電氣設備應用紅外成像測溫檢測后，對電流致熱型設備與電壓致熱型設備應用不同的判據進行判斷，從而確定其缺陷等級，電流致熱型設備依據《DLT 664-2008帶電設備紅外診斷應用規范》附錄A進行判斷、電壓致熱型設備依據《DLT 664-2008帶電設備紅外診斷應用規范》附錄B進行判斷，綜合致熱型設備應結合電流致熱型與電壓致熱型的判據綜合判斷。

7.變電站電氣設備各種熱缺陷實例分析

自2005年在本地區開展紅外成像測溫以來，紅外成像測溫技術在發現設備發熱缺陷中得到廣泛的應用，并取得了較好的效果，為及時發現設備缺陷提供了科學的圖像及數據依據，提高了電氣設備運行的可靠性，從多年的運行數據分析中，可以看出電流致熱型發熱缺陷站發熱缺陷的90%，電壓致熱型發熱缺陷的比率較小，但由于電壓致熱型發熱缺陷的形成機理，電壓致熱型發熱缺陷一般都是重大以上缺陷，又由于電壓發熱型設備的溫升通常比較小，所以我們更應重視對電壓發熱型缺陷的判斷。

7.1 電流致熱型設備實例分析

圖1為2012年05月09日，運行人員對某站10kV電容器組進行紅外成像測溫，10kV電容器組內設備的熱成像圖。檢測時的環境溫度為32℃，負荷電流為214.2A，從該熱像圖中可看出最熱點溫度為131.8℃，最熱點在電容器組出線套管與導線接線掌處，發熱點以接頭為中心，熱點明顯，應為接觸不良，內部結構松動所致，依據《DLT 664-2008帶電設備紅外診斷應用規范》附錄A判據，可以用兩種判據進行判斷。

（1）應用表面溫度判斷法

由熱像圖，可以看到該10kV電容器組套管與導體連接處的熱點溫度已超過110℃，為危急缺陷。

（2）應用相對溫差判斷法

由熱像圖，可以看到發熱點溫度T1=131.8℃、正常相溫度T2=37.2℃、參照體溫度T0=34℃，發熱點溫升超過15K，應用相對溫差判斷法，將以上數據代入以下公式：

100%

得：

由此可定義此發熱缺陷為危急缺陷。

電流致熱性缺陷，大多是由于接觸電阻增大而出現的局部過熱，主要是由于各種引流線的裸露接頭、高壓設備或線路中的連接器件等由于壓接不良或受到氧化腐蝕及灰塵的影響，或因材質不良和加工、安裝工藝的問題，或受沖擊負荷的影響以及機械振動等各種原因造成，建議在電氣設備啟動投運前，對設備進行嚴格的驗收，施工人員也應改進安裝工藝，例如像這種10kV電容器組套管與導流體的連接處應改用軟連接，減少硬連接時的相互作用力，提高設備安全運行的可靠系數。

7.2 電壓致熱型設備實例分析

圖2為2012年05月09日，運行人員對某站220kV線路避雷器進行紅外成像測溫熱成像圖。檢測時的環境溫度為25℃，負荷電流為18.29A，從該熱像圖中可看出最熱點溫度為32.6℃。正常的氧化鋅避雷器為整體輕微發熱，較熱點一般在靠近上部且不均勻，多節組合從上到下各節溫度遞減，引起整體發熱或局部發熱為異常，由圖可見，該線路避雷器A相下半部分紅外成像溫度相對同相上半部分及B、C兩相的相同部位有發熱現象，溫差為1K，應用同類比較判斷法及圖像特征判斷法，依據《DLT 664-2008帶電設備紅外診斷應用規范》附錄B判據，可定義此缺陷為嚴重缺陷，建議進行停電試驗。

從上例可以看出，像氧化鋅避雷器這種電壓致熱型的設備，發熱的原因既有產品質量問題，長期運行內部元件老化問題，也有內部受潮的問題，由于電壓致熱型設備的發熱點不明顯，相對溫差較小，紅外成像檢測過程中應更加關注，建議在新設備啟動投運24小時后對電壓致熱型設備進行紅外成像檢測，保存熱成像圖作為設備啟動檔案，為日后的紅外檢測分析提供數據依據。

8.對紅外成像測溫技術在變電站中應用的建議

紅外成像測溫技術雖然在變電站中應用已經有多年，但部分基層運行人員對其重要性認識不夠，紅外檢測也只習慣于用表面溫度判斷法進行判斷，專業性不強，因此要提高紅外成像測溫技術在變電站應用的效率，提出以下幾點建議：

（1）加強對紅外成像測溫技術原理及判斷方法等的技術培訓，提高專業技能。

（2）嚴格執行《DLT 664-2008帶電設備紅外診斷應用規范》中的現場檢測要求。

（3）結合變電站差異化運維策略確定變電站電氣設備的紅外檢測周期。

（4）提高對電壓致熱型設備紅外成像測溫的重視，根據《DLT 664-2008帶電設備紅外診斷應用規范》的判據進行判斷。

（5）整理紅外成像測溫熱成像圖，建立設備熱成像圖檔案庫，為判斷提供原始資料。

9.結論

紅外成像測溫技術在變電站中的應用，對變電站電氣設備的安全運行是十分必要和實用，采用紅外成像測溫技術定期或不定期對電氣設備進行檢測，可有效預防設備的缺陷。通過對缺陷設備熱成像的分析能迅速地找到故障點，可及時對其處理，把事故扼殺在萌芽狀態。所以，為了電氣設備的安全、穩定、高效運行，應大力提倡紅外成像測溫技術變電站中的應用。

參考文獻

[1]DL/T664-2008.帶電設備紅外診斷技術應用導則[S].

[2]JL/T596-1996.電力設備預防性試驗規程[S].