芻議紅外測溫技術在變電站設備缺陷診斷之中的運用

摘 要：隨著科學技術的不斷進步，紅外測溫技術已經(jīng)開始成為電力行業(yè)一種應用廣泛的檢測設備故障的手段。采用紅外測溫技術，能夠直觀、形象地查找出各種隱藏故障，具有較高的準確性。在紅外檢測過程中，不需要對電力設備進行停電，不需要對運行參數(shù)做出任何改變，就能夠準確反應出故障部位與性質，通過維修，確保設備能夠正常安全運行。所以，該技術在變電站設備缺陷診斷之中的運用，具有非常積極的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：紅外測溫技術；變電站；缺陷診斷；故障

1 引言

過程的連續(xù)性是電力生產(chǎn)與供應的一大特點。在電能的產(chǎn)生、輸送、分配的任何一個環(huán)節(jié)存在故障的話，都會直接或間接的影響到整個系統(tǒng)的正常安全運動。中間環(huán)節(jié)的設備一旦出現(xiàn)問題，將有可能會導致巨大的經(jīng)濟損失，甚至生命財產(chǎn)安全受到威脅。變電站作為電力系統(tǒng)中的中間關鍵環(huán)節(jié)，它的穩(wěn)定運行與否直接關系到整個電力系統(tǒng)的運動。采用紅外測溫技術對運行中的電力設備進行診斷，是一種新型技術。它在設備運行時進行檢測，不會影響到設備的正常運行，這種不停電、不接觸、大面積掃描成像的特點以及準確高效地發(fā)現(xiàn)電氣設備熱缺陷的優(yōu)點是實現(xiàn)狀態(tài)檢修的最有效手段。

2 紅外測溫技術原理

紅外測溫技術主要根據(jù)輻射測溫的原理對溫度進行遠程測量，它的響應時間比較短、傳熱性能好、靈敏度高。紅外線是介于可見光紅端與微波之間的電磁輻射。它又分為近紅外、遠紅外與中紅外、極遠紅外四種波段。在電磁波連續(xù)頻譜中處于無線電波與可見光之間。紅外線輻射是基于任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會產(chǎn)生自身的分子與原子無規(guī)劃的運動。分子與原子運動強烈，輻射能量就大，反之，就會小[1]。

在自然界中，只要物體的溫度高于絕對零度，它都會向外界輻射各種波長的紅外線，溫度越高的話，輻射紅外線的強度越大，這其中就會有0.76至1000um的紅外線。通過紅外探測器可以將物體所發(fā)射的輻射功率信號轉變?yōu)殡娦盘?。通過對于成像著墨的輸出信號，完全可以模擬掃描出物體表面溫度的空間分布。通過數(shù)據(jù)線，在顯示屏上將會形成一定的熱圖像。紅外測溫系統(tǒng)由光學系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器與信號處理、顯示輸出系統(tǒng)組成。紅外能量在光電探測儀上轉成電信號，通過放大器與信號處理電路，形成被測目標的溫度值。

3 紅外測溫技術對檢測環(huán)境的要求

3.1 環(huán)境溫度

一般來講，被測設備與環(huán)境溫度最好保持在有一定的溫度值，如果低于5度的話，檢測效果有可能會存在不準確的問題。紅外測溫技術的使用環(huán)境應該保持正常工作溫度。

3.2 空氣濕度

溫度與濕度都會影響到紅外測溫儀的正常工作效果。一般來講，正常測溫時空氣濕度不宜大于85%[2]。

3.3 天氣條件

在實施紅外線測溫技術時，不應該在雨、雪、雷、霧等一些惡劣的天氣環(huán)境下執(zhí)行，風速不應該超過0.5m/s，當風速超過這一數(shù)值時，應該利用公式進行一定的修正，才能得到正確的結果。

3.4 光線要求

外界光線對于測量的結果影響比較大，這主要是因為紅外測儀就是通過接收目標的輻射能量波來進行測量的。外界光線越弱，將會使測量結果越準確。所以對于室外測溫時，最好是選擇日落后、日出前或是陰天等光線不足時進行，如果是在室內(nèi)進行檢測的話，最好要關閉照明設備，避免光線直射。

4 電氣設備發(fā)熱缺陷類型與特點

從位置上來看，電氣設備的發(fā)熱缺陷主要分為兩種缺陷，內(nèi)部缺陷與外部缺陷。

外部缺陷主要是指致熱效應部位外露，局部過熱后傳導到其他部位，在紅外圖像中，將會顯示出以此為中心的熱場圖，可以進行直觀判斷出故障的部位，并能直接檢測缺陷。

它的故障原因主要由：接著連接不好，螺栓沒有完全壓緊；接觸面長期運行而氧化；大氣中有腐蝕氣體、灰塵；設備本身的材質質量不佳，安裝過程不良；機械振動導致的導體實際截面降低；電流不穩(wěn)等等。

內(nèi)部缺陷主要是指致熱部位被封閉，通過與故障部位相接觸的液體、氣體、固體發(fā)生熱交換，這種發(fā)熱過程相對較長，穩(wěn)定進行，要通過紅外成像，對設備表面的溫度場進行充分比較分析才能確定出缺陷。

電氣設備內(nèi)部熱缺陷的主要原因有以下幾種：內(nèi)部導電部分連接不良、觸頭接觸電阻過大；內(nèi)部受潮；絕緣材料老化嚴重；電壓分布不均、泄露電流過大；內(nèi)部潤滑不良、缺油。[3]

5 變電站內(nèi)部設備常見發(fā)熱故障診斷

5.1 變壓器與電抗器

渦流損耗造成的箱體發(fā)熱。一般來講，變壓器在漏磁時，會發(fā)生渦流損耗，這會導致變壓器箱體或螺桿發(fā)熱，它的熱成像特征是以漏磁穿過區(qū)域為中心，形成層次相對分明的不規(guī)則圓環(huán)，溫度不會超過95度。

內(nèi)部引起發(fā)熱。變壓器內(nèi)部接觸不良，會導致發(fā)熱，箱體局部溫度會升高，它的熱譜圖將不會具有環(huán)流形狀，與是與上面講的內(nèi)容的區(qū)別。

沿路管道堵塞。它的熱成像特征是堵塞部分的管道因為沒有參與循環(huán)，所以會出現(xiàn)低溫區(qū)，而其他部位則會溫度相對較高，這種差異化將會在熱譜圖上非常明顯。

變壓器內(nèi)有積水或高壓套管缺油。由于油枕或套管內(nèi)油與氣輻射的熱量不同，在熱譜圖中可以非常清楚地看到油氣分界線。

5.2 組合電器

一般來講，組合電器的外殼都是金屬制成的，測溫時只能測量外殼的溫度。根據(jù)相關規(guī)定，對于運行人員易觸及的部位其允許溫升為30K，如果操作時不觸及的話，則允許為40K，運行人員不觸及到的個別部位允許為60K。[4]

5.3 真空與SF6斷路器

內(nèi)部連接件不良。它可以分為三種缺陷程度，一種是溫差大于20%、小于80%的為一般缺陷，高于80%而小于95%的為重大缺陷，而高于95%的則為緊急缺陷。

外部連接件不良。它的熱成像特征是一處以發(fā)熱點為中心的熱譜圖。

5.4 互感器

互感器缺陷主要分為以下幾個主要癥狀與原因。內(nèi)部損耗異常、內(nèi)部連接件接觸不良、器體缺油與外殼發(fā)熱。

互感器表面溫度上升異常，35-100KV電磁型電壓互感器表面最大的溫升不應超過5K，相間溫差不應該超過1.5K。對于超過溫升的設備必要時可以采用結合其他的方式進行測試結果分析。其他幾種形式與前面所述類似。[5]

5.5 金屬氧化物避雷器

紅外線測溫時，如果發(fā)現(xiàn)金屬氧化物避雷器整體或是局部有明顯發(fā)熱的話，均要屬于異常情況。10KV避雷器最大溫升不超過0.5K，35KV為1K，相間溫差不應該超過0.5K。

5.6 并聯(lián)電容器

正常電容器測溫中會出現(xiàn)中上部和頂部鐵索有明顯的溫度上升，這屬于正常范圍內(nèi)。如果整體都會發(fā)出溫度上升嚴重時，則表明電容異常，相關規(guī)定為相對溫差不應該大于30%。

6 結束語

紅外測溫技術是一種有效的、快速的測溫手段，在使用過程中，需要注意一些環(huán)境因素，通過積累多種經(jīng)驗，對結果做出正確判斷。雖然目前還存在著一定的問題，但這種先進的技術手段前景非常廣闊，將為變電站設備與電網(wǎng)安全運行提供重要的技術支持。[6]

參考文獻

[1]聞玉鳳，李艷林，李嶺.紅外測溫技術在變電站設備缺陷診斷中的應用[J].中國新技術新產(chǎn)品，2011（5）.

[2]郭濱.勝利油田企業(yè)電網(wǎng)變電站在線測溫技術研究[D].濟南：山東大學，2012（6）.

[3]羅永旭，張冰.紅外測溫技術在檢測電氣設備熱缺陷中的應用[A]中國煤炭學會煤礦自動化專業(yè)委員會，2010（8）.

[4]林晉.基于紅外測溫技術的設備缺陷診斷方法研究[D].保定：華北電力大學，2010（9）.

[5]謝慶華.紅外診斷技術在帶電設備缺陷診斷中的運用[J].四川電力技術，2012（4）.

[6]張建利，馬季，張同建.基于遠紅外測溫的農(nóng)村變電站設備故障診斷[J].中國電力教育，2010（5）.