淺議紅外測溫技術在電力設備運行維護中的應用

張義華

【摘 要】紅外測溫技術在電力設備運行維護中應用廣泛。它可以有效監測電力設備熱缺陷，及時發現事故隱患和故障先兆，對早期故障缺陷做出科學預測，從而采取相應合理、可靠的處理措施，降低電力設備故障率，減少停電次數，提高電力設備運行的安全性、可靠性。本文分析了電力設備熱缺陷產生的原因、種類、及特點，總結了熱缺陷分析診斷的常用方法，闡述了紅外測溫技術在電力設備運行維護中的典型應用。

【關鍵詞】紅外測溫技術；電力設備；熱缺陷；運行維護

0 引言

隨著社會經濟的發展，電網規模不斷擴大，電力設備數量急劇增加。為提高電網供電可靠性，需要隨時對電力設備進行監測，及時發現并排除故障，保障電網安全穩定運行。

電力設備發生故障的具體表象絕大多數表現為溫度的異常，因此，可以將溫度監測值作為設備狀態評估和分析的重要依據。傳統的接觸式測溫方式，需要將溫度傳感器附著在測溫目標上，與被測對象進行充分的熱交換，經過一定的時間才能達到熱平衡，存在延遲現象，不能滿足現代電力設備測溫的需求。

紅外測溫具有方便快捷、靈敏度高、測溫范圍大、非接觸性遠距離測量、被測設備不停運等優點。應用紅外測溫技術對運行中電力設備進行實時監測，能夠迅速、準確發現電力設備缺陷和故障，使相關人員及時發現問題并采取相應解決措施，具有不停電、不解體、不接觸、遠距離、可大面積快速掃描成像、準確高效的特點。因此，紅外測溫技術在電力設備故障診斷中得到了廣泛的應用，對保障電力設備安全運行，提高電網供電安全性和可靠性起到了重要作用。

1 電力設備常見熱缺陷分類及特點

1.1 按熱缺陷產生原因

電力設備熱缺陷按照產生的原因包括：電流制熱型缺陷、電壓制熱型缺陷和其它制熱型熱缺陷。

電力設備和輸電線路的裸露電氣接頭，因為連接不良，接觸電阻增大而產生的缺陷，均為電流制熱型缺陷。通常將由傳導電流在電阻上產生發熱的設備，稱為電流制熱型設備。

許多高壓電力設備的內部絕緣由于密封不良，進水受潮，或者因絕緣介質老化，介質損耗增大，都會導致電氣絕緣性能下降，甚至會出現局部放電或擊穿，這種缺陷是電介質（材料）的有功損耗而形成，這類缺陷的發熱功率與運行電壓的平方成正比，而與電流大小無關，稱為電壓致熱型缺陷。

其它致熱型缺陷：具有磁回路的高壓電氣設備，由于設計不合理或運行不正常而造成漏磁，或者由于鐵芯質量不佳或片間局部絕緣破損，引起短路環流和鐵損增大，可分別導致鐵制箱體渦流發熱或鐵芯局部過熱。有些高壓電氣設備雖然其內部故障本身并不會產生過熱，但是，由于出現故障后或改變其正常運行時的電壓分布或泄漏電流，因而在設備外表面產生異常的特征性熱場分布。許多油浸高壓電氣設備（如油斷路器、變壓器套管等），會因漏油而造成缺油或假油位。由于油面上下介質熱物性參數差異較大，在設備外表可產生與油位對應的明顯溫度梯度。

1.2 按熱缺陷位置

電力設備熱缺陷按照出現的位置分為外部缺陷和內部缺陷。

外部缺陷主要是指致熱效應部位裸露，以局部過熱的狀態向其周圍輻射紅外線，其紅外熱圖像顯示出以該故障為中心的熱場圖。從設備的熱圖像中可直觀地判斷是否存在外部缺陷，根據溫度分布場可準確地確定故障的部位，并能用紅外點溫儀直接檢測出缺陷。

內部缺陷主要是指封閉在固體絕緣、油絕緣以及設備殼體內部的電氣回路故障和絕緣介質劣化所引起的熱缺陷。內部缺陷一般包括以下幾類：由于電氣連接不良或接頭（觸頭）接觸不良引起的發熱；由于介質損耗引起的發熱；由于電壓分布不均勻或泄露電流過大引起的發熱；由于絕緣老化、受潮、缺油等，產生局部放電后形成的發熱；由于設計不合理、運行不佳和磁回路不正常引起的發熱等。

2 設備熱缺陷的診斷方法

2.1 表面溫度判斷法

根據測定的設備表面溫度數值，參照國家有關規定的標準，結合環境氣候條件、負荷大小、設備的重要性等實際情況，分析判斷設備缺陷性質和故障類型。此方法簡單、直觀、實用性強，但負荷較小，故障點發熱不明顯時，會出現漏判、誤判的情況，一般只用于簡單的外部熱缺陷的判斷。

2.2 相對溫差判斷法

相對溫差判斷法需測定發熱點和正常點和環境參照體的溫度。相對溫差是兩個對應測點之間的溫差比發熱點溫升的百分數。相對溫差判斷法就是根據計算出的相對溫差，結合有關的判斷標準，對熱缺陷故障進行分析判斷。相對溫差一般用于電流致熱設備的判斷，這種方法可以排除負荷及環境溫度對紅外診斷結果的影響。

2.3 同類比較法

所謂同類設備指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。同類比較法是指對同類設備的對應部位溫度值進行比較，可以容易地判斷出設備是否正常。在使用時，要注意三相設備同時產生發熱故障的可能性。同類比較法對電流致熱設備和電壓致熱設備都適應。對于電壓致熱設備還可以用允許溫升和同類允許溫差來判斷。

2.4 檔案分析法

分析同一設備不同時期的監測數據，如溫升、相對溫差和熱圖譜等，得到設備致熱參數的變化和變化速率，判斷設備運行狀態是否正常。使用這種方法的前提是已收集以往紅外檢測設備的有關數據檔案。

2.5 熱圖譜分析法

熱圖譜分析法是用設備正常狀態下的熱譜圖與異常狀態下的熱譜圖對比，根據兩者的差異進行判斷熱缺陷。此種方法是一種有效的精密診斷方法，也是目前電壓致熱設備常采用的方法。

3 紅外測溫技術的應用

紅外測溫技術是利用紅外線技術的基本運行原理，對電力設備進行溫度監測，以此判定電力設備是否正常運行的一種實時在線的監測技術。首先運用紅外探測器，將電力設備的熱輻射功率信號轉變為電信號，并運用成像設備將所轉化過的電信號準確輸出。物體被掃描的空間位置和模擬對象的表面溫度，擴散到屏幕上，得到熱像圖和物體表面相應的熱分布。現場工作人員根據設備實時溫度信息，判斷設備是否存在熱缺陷，通過分析熱缺陷的成因、表現、嚴重性等，確定設備故障部位及類型情況，并采取相應措施。

3.1 電力設備巡檢工作應用

電力設備巡檢方法一般為目測、手摸和耳聽設備的運行情況。但目測往往只能發現一些表面的問題，而不易發現發展性、延伸性、隱藏性的故障。手摸和耳聽方法存在一定缺陷和危險。應用紅外測溫技術對電力設備巡檢，能有效解決上述問題，彌補人工巡視的缺點，提高巡檢工作質量，保證電力設備正常進行。

3.2 隔離開關刀口發熱檢測應用

隔離開關刀口發熱的主要因素是隔離開關長期暴露在空氣中，經過長時間氧化侵蝕，連接件表面形成一層氧化膜，表面電阻與接觸電阻增大，導致出現發熱的異常現象。應用紅外測溫技術，可以對隔離開關在安裝、長期工作時刀口發熱情況進行監測，及時（下轉第308頁）（上接第214頁）排除日后隱形電阻造成的發熱受脹問題，確保電流的通過和電網的穩定。

3.3 線夾發熱檢測應用

導致線夾發熱的關鍵因素是導線長期裸露在外運行，部分接觸部位會發生氧化現象，彈簧墊片氧化使線夾松動或脫節，造成線路接觸電阻增大或接觸不良，產生過熱現象。使用紅外測溫技術，能實時對彈簧片和導線進行監測，使操作人員及時發現并排除線夾發熱故障。

3.4 變壓器定期檢查應用

工作人員應根據變壓器最大允許工作溫度，對變壓器外殼、線圈和電源終端等進行定期檢查，避免超過廠家標出的最高溫度而造成線圈絕緣性能破壞，危及安全，導致停機等事故。紅外測溫技術的應用，可盡早發現變壓器存在的熱缺陷和安全隱患，做到早發現早預防，提高變壓器定期檢查的質量，防止事故發生。

4 結束語

紅外測溫技術特有的非接觸、實時快速、形象直觀、準確度高及適用面廣等優點，使它成為監測電力設備熱缺陷的有效手段之一。利用紅外測溫技術可以監測電力設備運行狀態，判斷電力設備缺陷，預防設備發生重大事故，及時發現缺陷和故障點，有效保障電網安全穩定運行。紅外測溫技術的應用， 不僅可以減少運行設備的事故發生率，還可以大大降低設備的檢修費用。隨著紅外測溫技術的不斷發展，它將在電力設備運行維護中得到更廣泛運用。

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[責任編輯：曹明明]