紅外測(cè)溫成像技術(shù)檢測(cè)電氣設(shè)備內(nèi)部缺陷淺析

李雙全

（廣東電網(wǎng)公司江門供電局, 廣東 江門 529300）

電氣設(shè)備的工作與熱有著密切的關(guān)系，不同類型的故障包括接觸不良，絕緣劣化或磁路故障都會(huì)以發(fā)熱升溫的形式表現(xiàn)出來(lái)。利用這一原理針對(duì)不同類型設(shè)備的發(fā)熱特點(diǎn)，采用紅外測(cè)溫成像技術(shù)能有效的發(fā)現(xiàn)缺陷，及時(shí)采取措施避免進(jìn)一步惡化導(dǎo)致的電網(wǎng)安全事件或設(shè)備損壞事件的發(fā)生。常見的隔離開關(guān)觸頭、接線掌、線夾等接觸不良或表面腐蝕氧化導(dǎo)致的發(fā)熱溫升現(xiàn)象通常較為明顯，紅外測(cè)溫成像結(jié)果分析和故障點(diǎn)的判斷也比較容易。

一、幾起紅外測(cè)溫成像判定設(shè)備內(nèi)部缺陷處理案例介紹

2013年，某變電站在進(jìn)行月度紅外測(cè)溫成像定期巡查工作中發(fā)現(xiàn)，#1主變C相套管將軍帽及接線掌發(fā)熱溫度達(dá)89℃，其余兩相溫度38.7℃, 環(huán)境溫度32℃， 三相負(fù)荷平衡。按照絕對(duì)溫度分析法判定該缺陷為一般缺陷，采用相對(duì)溫升法，相對(duì)溫升88.7%判定為重大缺陷。將該主變停電后，按經(jīng)驗(yàn)對(duì)套管接線掌表面進(jìn)行去氧化處理后送電，運(yùn)維人員進(jìn)行紅外測(cè)溫成像跟蹤檢測(cè)發(fā)現(xiàn)發(fā)熱狀況沒有明顯變化。重新分析紅外測(cè)溫成像圖片確定了溫度最高點(diǎn)并不在接線掌，套高將軍帽溫度較高，判斷故障點(diǎn)為將軍帽內(nèi)繞組引線端頭緊固部位。再次停電后檢查驗(yàn)證了這一判斷，引線端頭緊固螺絲滑牙松動(dòng)，已有輕微放電痕跡。更換緊固后送電，紅外測(cè)溫成像結(jié)果正常。

2012年，某變電站進(jìn)行月度避雷器檢查發(fā)現(xiàn)，B相避雷器泄露電流表顯示電流值0.75mA，A、C兩項(xiàng)為0.5mA。對(duì)比歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)B相近2個(gè)月抄錄數(shù)據(jù)均較另外兩項(xiàng)要大。查閱該組避雷器歷史數(shù)據(jù)中最大記錄達(dá)0.68mA（該站處于沿海地區(qū)，每年3-4月份毛毛雨季節(jié)表面泄露電流偏大），但三相值平衡。按照規(guī)程規(guī)定變化超50%需要加強(qiáng)關(guān)注，運(yùn)維人員一方面采用紅外測(cè)溫成像進(jìn)行測(cè)溫（白天測(cè)溫，三相紅外成像無(wú)明顯區(qū)別），另一方面聯(lián)系試驗(yàn)人員帶電測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)也在正常范圍類。為保證紅外成像的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，當(dāng)晚運(yùn)行人員與試驗(yàn)人員對(duì)該組避雷器再次進(jìn)行紅外測(cè)溫成像，發(fā)現(xiàn)A相避雷器上半截較上半截溫度高1.6℃，較A、C相同一部位高1.4℃左右。判斷B相確有異常的情況下停電對(duì)改組避雷器進(jìn)行了試驗(yàn)，B相試驗(yàn)數(shù)據(jù)不合格。

2014年，某變電站新增一組電容器組，安裝驗(yàn)收，試驗(yàn)合格后投入運(yùn)行。當(dāng)晚運(yùn)維人員對(duì)新投運(yùn)設(shè)備開展特巡，利用紅外測(cè)溫成像發(fā)現(xiàn)電容器（空心干式）電抗器部分溫度達(dá)到120℃，立即申請(qǐng)將電容器組轉(zhuǎn)為熱備用，第二日轉(zhuǎn)為檢修組織人員檢查發(fā)現(xiàn)電抗器容量檔位接線錯(cuò)誤，電容器與電抗器參數(shù)不匹配。調(diào)整接線后投入運(yùn)行，特巡測(cè)溫結(jié)果正常。

二、淺析紅外測(cè)溫成像判斷設(shè)備內(nèi)部缺陷的應(yīng)用

上述案例，可看出利用紅外測(cè)溫成像技術(shù)在發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部缺陷中只起到輔助作用，其結(jié)果并不一定能直接判斷缺陷性質(zhì)和故障部位。同時(shí)可看出紅外測(cè)溫成像技術(shù)在線檢測(cè)手段應(yīng)用范圍是否廣泛，較試驗(yàn)手段和其他在線監(jiān)測(cè)技術(shù)有很大優(yōu)勢(shì)。那么在應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行設(shè)備的內(nèi)容缺陷檢測(cè)中有哪些技術(shù)要求和應(yīng)用技巧呢？

（一）紅外測(cè)溫成像原理及影響因素

紅外測(cè)溫成像技術(shù)應(yīng)用的設(shè)備熱輻射特性原理，影響因素主要有：①發(fā)射率的影響。短波長(zhǎng)測(cè)溫儀器比長(zhǎng)波長(zhǎng)測(cè)溫儀器誤差要小得多，一般紅外測(cè)溫成像儀器工作波段在8-14μm，測(cè)試角在30°內(nèi)最佳，最大不超過45°。②距離系數(shù)或測(cè)距的影響。③太陽(yáng)光的影響，一是太陽(yáng)光直接照射下使待測(cè)目標(biāo)的溫度上升，另一方面是太陽(yáng)光的反射和漫反射的疊加。④粉塵散射等。⑤風(fēng)力的影響。⑥空氣濕度影響等。

（二）紅外測(cè)溫成像技術(shù)判別設(shè)備內(nèi)部缺陷方法

1 根據(jù)測(cè)溫對(duì)象選取和設(shè)置儀器參數(shù)及溫度顯示區(qū)間，以便減少測(cè)量誤差和形成較為清晰的成像圖片。

2 對(duì)異常發(fā)熱設(shè)備成像，可通過屏幕顯示發(fā)熱點(diǎn)最高溫度。為便于分析對(duì)運(yùn)行在同一條件下的正常相成像留底。

3 導(dǎo)出紅外測(cè)溫成像圖片，利用軟件可實(shí)現(xiàn)下述分析

（1）移動(dòng)光標(biāo)抓點(diǎn)工具，可以顯示每一個(gè)點(diǎn)的溫度，可以對(duì)同一設(shè)備或不同設(shè)備同一部位進(jìn)行多點(diǎn)對(duì)比。

（2）根據(jù)溫度變化找出溫度最高點(diǎn)，即確定熱傳導(dǎo)及輻射源（較先進(jìn)的儀器可自動(dòng)捕捉溫度最高點(diǎn)）。

（3）確定了熱傳導(dǎo)及輻射源部位后，選擇采用絕對(duì)溫升和相對(duì)溫升法判斷缺陷性質(zhì)。

（絕對(duì)溫升法：根據(jù)紅外測(cè)溫成像數(shù)據(jù)結(jié)果，對(duì)照各類材料缺陷溫度劃分確定缺陷性質(zhì)；

相對(duì)溫升法：通過選取參照物，計(jì)算得出相對(duì)溫升百分?jǐn)?shù)，確定缺陷性質(zhì)，計(jì)算公式為：δ=（τ1-τ2）/τ1×100%=（T1-T2）/（T1-T0）×100%；τ1，T1：發(fā)熱點(diǎn)的溫升和溫度；τ2，T2：正常設(shè)備對(duì)應(yīng)點(diǎn)的溫升和溫度；T0：環(huán)境溫度。）

4 根據(jù)成像特點(diǎn)和設(shè)備機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步判斷故障點(diǎn)是否內(nèi)部還是外部缺陷。總結(jié)有以下規(guī)律

（1）發(fā)熱部位為金屬材質(zhì)，無(wú)螺絲連接，且表面溫度分布規(guī)律，通常判斷為內(nèi)部缺陷，主要設(shè)備類型有套管將軍帽、GIS設(shè)備設(shè)備外殼，隔離開關(guān)軟連接。

（2）發(fā)熱部位為絕緣材質(zhì)，表面溫度分布均勻，通常判別為內(nèi)部缺陷。表面溫度分布不均勻，局部明顯較高，通常為表面臟污、閃絡(luò)或電暈放電引起。主要設(shè)備類型有避雷器、斷路器滅弧室、PT、CT。

（3）主變壓器局部過熱。按正常主變壓器溫度分布為上部1/3的部位溫度較高，局部過熱多應(yīng)內(nèi)容有放電、漏磁引起。

5 依據(jù)判斷結(jié)果對(duì)應(yīng)開展相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)一步核實(shí)缺陷，并采取停電隔離和修理措施。

結(jié)語(yǔ)

因?yàn)殡娏υO(shè)備具有多樣性，所以在將紅外線成像儀應(yīng)用于測(cè)溫工作時(shí)，既要重點(diǎn)去檢查和測(cè)溫那些已經(jīng)達(dá)成共識(shí)的外部連接點(diǎn)。還需要測(cè)試人員不但提升自己的素質(zhì)、多積累一些經(jīng)驗(yàn)，以便能讓紅外熱成像技術(shù)為電網(wǎng)的安全生產(chǎn)提供更好地服務(wù)。

[1] 陳衡，候善敬.電力設(shè)備故障紅外診斷[M].北京:中國(guó)電力出版社，1998（10）.

[2] 朱德恒，嚴(yán)璋，談克雄.電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社2009（3）.