紅外測溫技術在配電網中的應用

馬國棟+李倩

【摘 要】紅外測溫技術在配網設備運行維護中有著廣泛應用，它一種非常科學、重要的測溫技術。紅外測溫技術的研究與應用主要目的是提高配電網設備的狀態監測水平，為狀態檢修工作提供可靠的技術支持。本文介紹了紅外測溫技術在配電網中應用的原理、方法和系統構成。利用紅外熱成像技術在配電網中應用，查找電氣設備的缺陷，保證電網安全可靠運行。

【關鍵詞】紅外成像；紅外測溫；配電網；狀態檢修

0 引言

隨著電力系統配電網狀態檢修工作的逐步開展，設備的狀態檢測工作將在狀態檢修工作中起到舉足輕重作用。目前紅外測溫技術在電力系統中應用非常廣泛，從電氣的高壓設備到低壓設備，機、爐高溫高壓管道都能早期及時發現其異常，為保障發電廠機組及電網的安全運行起著其它監測手段不可替代的作用。

1 紅外檢測與故障診斷的基本原理

對于電力設備，紅外檢測與故障診斷的基本原理就是通過探測被診斷設備表面的紅外輻射信號，從而獲得設備的熱狀態特征，并根據這種熱狀態及適當的判據，作出設備有無故障及故障屬性、出現位置和嚴重程度的診斷判別。

當電力設備發生缺陷或故障時，缺陷部位的溫升將發生明顯變化，尤以電流效應引起的發熱更明顯。而且可能急劇增加。外部缺陷的紅外檢測和診斷是對電力設備暴露在外部的結點和部件直接測溫判斷，根據測得的實際溫度，換算成與環境溫度的溫升值及與同類物體或本身的不同部位之間的溫度差變化進行的一種定量分析判斷的方法。內部缺陷的紅外檢測和診斷，是對電力設備內部過熱部位通過熱傳導反映在外部與發熱源聯系的導體和部件溫度的異常升高后外部熱分布場的變化來分析判斷設備內部的熱缺陷的一種定性的分析診斷方法。

電力設備出現故障以后，若不早期診斷和排除，則這些故障將會逐漸發展演變，最終惡化而形成事故。根據試驗數據及大量其他單位的綜合統計電力設備外部熱缺陷一般占設備缺陷總檢出數的90%-93%，內部熱缺陷僅占7%-10%左右。電力設備外部熱缺陷或熱故障主要是各種電氣引流的裸露接頭，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、或沖擊負荷的影響、機械振動等各種原因造成的接觸電阻增大而出現的局部過熱。電力設備的這些缺陷若不能及時發現和處理，將可能會造成斷線，局部燒毀。

2 紅外測溫技術的優點及紅外測溫設備的技術要求

2.1 紅外測溫技術在配電網應用中的優點

紅外測溫技術在電力設備異常診斷中的成功應用，為維修方式的轉變提供了極良好的手段。近年來電力設備的維修正向預知性維修變化，依據每個設備的工作狀況進行定期的監測，根據其劣化和損害程度來計劃維修；實現了這種預知維修，設備才會獲得更高的可靠性，并能減少維修的人力物力。由于紅外熱像檢測取得了良好的效果，有效地發現了設備的弱點，現在熱成像檢測已成為維修工作的一大特點。工業中的電力設備故障，其25%是由于連接松動引起的。因為大量的電氣接頭和連接件由于磨損、腐蝕、勝污、氧化、材料不合格、工藝設計等方面的問題都可造成過熱。任何電力設備很少事先沒有征兆就發生故障的，任何電力設備，不管維護得多么好，都會在每次檢查時發現些新問題。一旦設備有一處開始發熱，若不予以維修，那它發生故障僅僅是個時間早晚的問題。

紅外測溫采用非接觸性測量，測量時可距被測設備幾米甚至幾十米，因此對工作人員十分安全；不需設備停電，它可以在設備正常運行的情況下直接測量，特別是高電壓設備，減少了倒閘操作，實現在線監測；易于進行計算機分析、實施狀態性檢修；還可以利用遠紅外軟件進行分析比較，做出可靠的判斷，所測出的精確度也是一般儀器所達不到的。

通過紅外檢測診斷，可預防設備的電氣和機械事故及災難性火災，改變維修管理體制，使其從預防性的，甚至是緊急狀態下的搶修變成為預知性維修。紅外測溫技術可稱為設備管理工作的眼睛，它使電氣維修走出了盲目的時代。

2.2 紅外測溫設備技術要求

現在電力系統應用的紅外成像設備主要包括兩種：斬波型紅外熱成像儀，非制冷焦平面紅外熱成像儀。紅外測溫設備應具有如下系統功能：

1）手動巡檢：監測人員隨時通過遠程即可實現對變電站室外一次設備的手動巡檢，及時發現設備過熱性故障。

2）自動巡檢：通過將發熱設備或正常設備設置為預置點（巡航點），每天通過三次的自動巡航，及時發現、跟蹤監測發熱點溫度變化情況。

3）建立紅外圖譜庫：在系統自動巡航過程中，自動拍攝發熱點或正常設備的“紅外圖像”、“紅外圖片”和“可見光照片”，從而形成該變電站室外一次設備紅外圖譜庫。

4）實時分析紅外圖像：將專業紅外圖像分析軟件嵌入到該系統中，監測、分析人員可以實時對歷史監測記錄進行專業分析。

5）自動報警：在手動或自動巡航過程中，對于超過報警界限的發熱點，系統自動發出聲音報警，提醒監測或運行人員查看報警記錄，并同時采集發熱點圖像。

3 紅外測溫作業流程及相關要求

3.1 現場檢測、數據采集流程

現場工作流程如表1所示：

3.2 紅外測溫周期

1）運行中的輸配電線路設備紅外測溫周期一般為每年兩次，即高溫大負荷來臨前的6月份及為保障春節供電的12月份，進行兩次普測；

2）對新建、大修后和改擴建的電氣設備在帶負荷運行的五天內必須進行紅外測溫工作；

3）對于電網負荷變化、調整運行方式、大負荷、高溫天氣、重要節假日等情況，應有重點的開展測試工作；

4）對于其他監督手段測試發現問題的設備應根據情況隨時安排測試。

3.3 紅外測溫技術要求

1）測溫時應在空氣相對濕度不大于85%，風速不大于0.5m/s的天氣狀況下進行，室外檢測應在陰天、夜間或日落2h后，無雷電雨霧的天氣進行；室內或晚上檢測應避開燈光的直射，宜閉燈檢測。

2）檢測時應注意儀器的溫度測量范圍，儀器的色標溫度量程宜設置在環境溫度加10K-20K左右的溫升范圍。不能把鏡頭長時間對準溫度超出量程的物體。

3）一般被測設備的輻射率取0.9左右。

4）現場檢測過程中，嚴格執行儀器操作規程。每次檢測不應少于兩人，分別承擔紅外儀器操作，數據記錄和安全監督。

5）在檢測中不得接觸帶電運行設備及其附屬設施或對其進行操作、改變、移動等，嚴格執行有關安規規定。

6）紅外檢測時一般先用紅外熱像儀對全部應測部位進行掃描，找出熱態異常部位，然后對異常部位和重點檢測設備進行準確測溫。

4 配電網設備溫過熱異常原因歸納

電氣設備故障的危害，輕則造成設備損傷與停產；重則發生電氣火災。電氣設備的初期異常現象常伴隨可覺察的溫度變化跡象，采用紅外線熱成像檢測可在不停電狀態下進行檢測工作。配電網設備運行中以下情況應視為異常情況：設備的絕對溫度或相間溫差達到缺陷標準；設備絕對溫度高于70℃或負荷小于額定值50%時相間溫差大于10℃；額定負荷以下，溫控器及柜體風機工作正常前提下，與環境溫度相比較，開關柜體易觸及部位溫升大于20K；二次回路中同一回路不同部位、不同相別之間溫差超過5℃。

依據實際執行紅外線熱成像檢測的數據，配電網經常發生設備過熱異常的原因歸納如下：

1）設備長期運行使用后，均可能產生過熱異常現象，其中大部份發生于接頭與連接點部位；

2）新增設的或曾作修改的設備，被發現過熱問題的概率較大；

3）材質或形狀不同的導體間的端子連接部位因接點固定效果較差，易產生過熱現象；

4）部份端子接點因連接螺絲滑扣導致接點接觸不良，這類現象往往由于接點的過度緊固導致；

5）設備容量不足會導致設備的整體過熱現象，此情形因回路增加負載后設備整體規劃不周所致；

6）電纜頭及引線端子由于壓接不良造成過熱異常的現象頗為常見，這類缺陷即便采取接點定期緊固措施，亦不能有效改善；

7）長期高負荷或超載設備過熱現象比例很大，且過熱溫度較高；

8）負載變化頻繁的回路的熱脹冷縮和震動情況比較嚴重，易發生連接機構松脫的過熱現象；

9）通風不良或未配置空調設備的配電室，因環境溫度過高或濕度過大而發生問題，其過熱異常的比例與程度明顯偏高；

10）配電柜的設備過度集中，即使裝設排風裝置，亦未必能達到良好的散熱目的；

11）電纜槽或線束因導線過度集中，致使散熱作用不良，造成絕緣層長期過熱而劣化；

12）由于設計施工的疏忽，大部份的大負載（大電流）通過區域，容易發生渦流過熱的問題；

13）設備狀況與使用環境關系緊密，室外設備較室內設備易發生過熱現象；

14）雨霧、粉塵、酸性與堿性危害嚴重的地區的室外設備由于化學腐蝕造成的過熱異常非常明顯；

15）設備狀況的優劣與維護工作的制定關系顯著，低壓設備的缺陷比例高于高壓設備缺陷比例；

16）設備由于所處環境惡劣或安裝位置較為隱密，維護工作中易被疏忽遺漏，所以產生過熱問題的概率較高。

5 小結

目前，全網正在推行配電網設備狀態檢修，根據設備的狀態和評價診斷結果安排檢修時間和項目，對設備進行主動檢修。紅外線測溫能有效、快速地發現運行電力設備的缺陷，為配電網設備狀態評價提供依據。相信，將來紅外測溫技術會在配電網設備狀態檢修中扮演越來越重要的角色。

【參考文獻】

[1]滕志賢，馬俊玲.紅外測溫在電力系統的推廣及應用[J].甘肅科技，2006.

[2]崔雨，李鴻飛.紅外測溫儀的原理與實際應用指南[J].自動化與儀器表，2009.

[3]高慶中.溫度計量[M].北京：中國計量出版社，2004.

[4]糖蘊哲.紅外測溫診斷技術的應用[J].上海電力，2008.

[責任編輯：湯靜]