紅外成像技術變電站故障診斷預防應用

國網遼寧本溪供電公司 吳傳璽

紅外成像技術變電站故障診斷預防應用

國網遼寧本溪供電公司 吳傳璽

本文介紹了紅外測溫的原理及過熱缺陷的主要產生原因，以常見電流過熱型缺陷和電壓過熱型缺陷為例，通過對比正常圖譜和故障圖譜，對這兩類缺陷的機理及判斷依據作了介紹。本文提供的案例對于指導現場紅外診斷及狀態檢修提供參考依據。

紅外成像；電流過熱型；電壓過熱型

1.引言

紅外成像儀是利用紅外探頭、光學鏡頭及掃描系統，對向外輻射發出熱量的物品進行記錄，最終把電信號變換為紅外圖片。輻射指的是在沒有介質直接傳輸的情況下發生的輻射能（電磁波）的運動。在絕對零度以上（273℃）的物體都有輻射。利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布格局反映在感光元件的紅外探測器的紅外熱像儀，得到紅外熱成像，圖像和相應的熱分布的表面。一般來說，紅外熱像儀是將物體的可見紅外能量轉換為可見圖。圖中不同顏色代表不同溫度，可以觀察到被測目標的總體溫度分布，從而判斷未來的溫度分布。國內外對此已有所涉及[1-4]。

千里之堤毀于蟻穴，通過利用紅外熱像儀，可以對如對變壓器、高壓套管、斷路器、隔離開關、輸電線路金具、電力電子電容器以及瓷質復合絕緣子等具有熱效應的電力設備的診斷，達到對缺陷進行探測的目的。防患于未然。

通過大量實際經驗可知[5-6]，設備故障的原因大致有以下幾類：（1）人為設計或制造工藝不良導致連接點或觸頭接觸不良，使電阻過大。（2）長期受環境因素影響，如絕緣子長期受風吹日曬工作環境惡劣，使其絕緣性能下降，絕緣介質老化。（3）內部元件缺陷或受潮使得介質損耗功率增大，致使發熱增加。（4）內部設備缺絕緣油、潤滑油時會造成絕緣材質的絕緣性下降，產生引起局部放電的隱患。總結上面這四種發熱故障[7]，可以分為電流致熱型故障和電壓致熱型故障兩大類，下面分別舉例。

2.電流致熱故障型

電流致熱型故障是由于電流的熱效應引起發熱的故障[8]，在電流的作用下，連接部位或觸頭接觸不良使電阻增大使得相應部位發熱，如電力設備導電回路動、靜觸頭接觸不良引起的發熱。這種故障發熱類型的發熱部位明顯，易通過紅外診斷發現。其嚴重程度一般由負載電流的大小決定。

2.1 正常時紅外熱像圖

設備正常時的紅外熱像圖一般顏色均勻，沒有局部明亮或局部暗的區域，顏色局部明亮說明該區域溫度比周邊設備高，可能是由于電流過大或觸頭接觸不良引起的發熱；局部顏色暗說明該區域溫度較低，可能是由于絕緣失效導致電阻變小引起的。總之通過觀察紅外熱像圖的區域顏色，可以初步判斷有無故障。下圖為設備正常時紅外熱像示例圖。

圖1 電容器電抗正常紅外熱像圖

圖2 變壓器套管出線正常紅外熱像圖

圖3 變壓器開關

2.2 故障時紅外熱像圖

圖4 斷路器出線接口過熱

紅外熱像顯示：開關接線板溫升明顯，與相鄰開關顏色不同，表明存在溫差，溫差大概為13K，溫差不大，屬于一般缺陷。缺陷可能是由刀口或線夾的觸頭接觸不良或因絕緣子污穢放電產生的發熱。

圖5 隔離開關出線接口過熱

紅外熱像顯示：刀閘處與相鄰金具顏色明顯不同，表明存在溫差，但溫差不大，屬于一般缺陷。

3.電壓故障致熱型

電壓發熱型故障是由于電壓效應引起設備故障[9-10]，當設備內部絕緣介質老化、受潮后，會引起絕緣介質損耗的增大，導致介質損耗發熱功率增加；受污染的絕緣子、內部劣化絕緣子、絕緣失效的絕緣子等也會致使其表面溫度增加。除此之外，高壓絕緣套管、電力電子電容器、電力互感器等設備的內部故障均屬于電壓致熱故障。電壓致熱型故障通常發生在設備內部，因絕緣材料導熱性能差，缺陷內部發熱傳遞到表面的溫度不高，因此不易發覺。

在實際工作巡檢中，利用紅外成像檢測技術檢測設備故障已較為普及，通過采集紅外成像圖片，可以分析設備故障與否。

3.1 正常時紅外熱像圖

變壓器、出線套管；電壓、電流互感器；避雷器的發熱一般是由電壓引起的內部發熱故障。故障區域溫度一般是由運行電壓和絕緣材料的劣化程度決定。圖6為設備正常時紅外熱像圖。

圖6 變壓器套管

3.2 故障時紅外熱像圖

圖7 變壓器電流互感器

紅外熱像顯示：接線板與相鄰金具存在色差，說明溫升明顯，通過讀數得溫差13.7K，說明溫差不大，屬于一般缺陷。

圖8 斷路器斷口均壓電容器內部介損增大

紅外熱像顯示：220kV少油斷路器斷口均壓電容器內部介損增大，導致局部發熱，應立即處理。

4.結論

通過以上案例分析可知：采集設備的紅外熱像圖并與相鄰設備或相鄰區域進行溫度比較，可以發現設備是否存在絕緣問題，并減少了問題的隱患，達到了防患于未然的目的，對于電壓、電流致熱型故障有了較好地診斷效果。節省了人力物力，提高了工作效率。

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