淺析紅外測溫技術在電網系統的應用

陳忠源 王 博 黨 樂 祖向東 勤格勒圖

淺析紅外測溫技術在電網系統的應用

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（1. 國網內蒙古東部電力有限公司電力科學研究院，呼和浩特 010000； 2. 中國廣東核電集團有限公司，廣東深圳 518000）

在電網系統運行過程中，通過紅外測溫技術可快速、準確地對設備進行缺陷檢測，對保障電網系統的安全、高效運行具有重要意義。本文從紅外測溫技術的基本概念出發，結合電網運行過程中的紅外檢測具體案例分析了紅外測溫技術的應用優勢及影響因素，并在此基礎上分析了紅外測溫的發展現狀及趨勢。

紅外；檢測；案例；分析

隨著紅外檢測理論的持續發展，紅外檢測技術作為一種高效、便捷的監測手段在電力系統中起到了越來越重要的作用。與傳統的停電檢測相比，紅外檢測具有無需停電、無需取樣、可遠距離進行觀測等優點，在保障電網系統的安全可靠運行、預防電力設備的突發性事故方面發揮著非常重要的作 用[1-2]。通過檢測運行電氣設備的溫度場，可直接觀測到設備是否存在疑似故障，通過與其他檢測手段相結合，便可迅速地判斷設備的運行狀態，保證了電氣設備的健康運行[3-4]。電力系統各級管理部門的相關人士對紅外檢測工作的重視程度逐漸加深，現已將紅外檢測作為狀態檢修工作中的一項重要的試驗項目。

1 基本原理

紅外測溫技術是一種采用紅外探測技術獲取設備紅外輻射狀態的基本信息，然后通過溫度進行顯示的技術。它通過測量設備表面的平均溫度，以溫度的高低來判斷設備狀態。下面本文從紅外輻射的基本定律來說明測溫的基本原理。紅外線屬于不可見光，但它是廣泛存在的，只要溫度大于絕對零度的物體，都會發出波長為0.76～1000mm的紅外線。由普朗克黑體輻射定律可知，輻射能量與溫度符合以下關系，即

由式（1）可以看出，輻射的能量隨溫度的增高而增加。兩側對波長積分后可得

式中，是斯蒂芬-波耳茲曼常數，=5.6697×W/()。

由式（2）可看出，黑體單位表面積發射的總輻射功率與開氏溫度的四次方成正比，因此，物體的輻射功率會隨著溫度的微小變化而發生巨大變化[5]。

2 實際案例

2.1 案例一

2014年8月某供電公司運行人員在紅外成像測溫巡檢過程中發現，變電站內10kV母線排C相連接處發熱，最高溫度點71℃，且與其他兩相溫度差大于20℃，如圖1所示。隨后利用紅外測溫對該母線排進行了不間斷的跟蹤檢查（每天一次），發現經過一段較長時間的平穩期后又出現溫度升高趨勢，最高溫度達84℃。A、B相最高溫度為46℃，環境溫度為25℃，如圖2所示。之后結合停電檢修機會對其進行了處理。發現繞組接線連接板、壓接螺帽、墊片及導電桿絲牙有明顯發熱燒蝕痕跡。根據燒傷情況用銼刀對連接板燒傷處進行處理，用砂紙對壓接螺帽、墊片及導電桿絲牙進行打磨。處理后，該相母線排過熱處恢復正常。

2.2 案例二

2012年8月某供電公司運行人員在紅外成像測溫巡檢過程中發現，變電站內某開關B相發生過熱情況。經測溫軟件分析最高點溫度達42℃，與環境溫度相差為17℃（環境溫度為25℃），且與其他兩相溫度相差也大于10℃，如圖3所示。之后結合停電檢修機會對其進行了返廠解體。發現斷路器接線正確、連接牢固，控制回路可正常運行，設備內部組件無老化、損壞等異常情況，但動靜觸頭接觸部分有放電現象。廠家對部件進行更換后過熱現象消失。

2.3 案例三

2013年某供電公司運行人員在紅外成像測溫巡檢過程中發現，變電站主變10kV母線絕緣子A相發生局部發熱，最高點溫度為44℃，高出其他相約20℃，如圖4所示。懷疑該絕緣子存在發熱缺陷，后試驗人員進行了多次持續跟蹤復測，發熱部位溫度無明顯變化。結合停電檢修機會對該絕緣子進行觀測。從外觀看，絕緣子表面光滑、膠裝面完好，可排除外力破壞或膠裝面膨脹應力作用造成斷裂的情況。同時，瓷件、砂、釉、瀝青均無質地不均勻和其他異常現象存在，瓷件、砂以及法蘭通過化學成分分析，各項數據均符合相應的國家標準。對絕緣子進行檢測，發現絕緣子阻值較其他相明顯較低。初步判斷是由于生產過程中工藝不合格，內部存在氣孔或微裂紋，隨運行時間增長瓷質老化而發生的過熱現象。經過持續的觀測，借停電檢修的機會對該絕緣子進行了更換，排除了故障。

2.4 案例四

2015年某供電公司人員在紅外成像測溫巡檢過程中發現，變電站10kV隔離開關B相發生局部發熱，最高點溫度為74℃，高出其他相超過30℃，如圖5所示。懷疑該隔離開關存在發熱缺陷，隨后利用紅外測溫對該隔離開關進行了不間斷的跟蹤檢查，發現該部位溫度無明顯變化。借停電檢修機會對該隔離開關進行了檢測。發現該項的回路電阻為285mW，明顯高于其他兩項參數。從外觀看，動、靜觸頭接觸部位存在燒損痕跡，附著有黑灰色粉末。懷疑有異物接觸隔離開關表面，在高溫下形成氧化物，導致接觸面面電阻過大，動靜觸頭接觸不良而過熱。

3 環境影響及注意事項

1）紅外光在傳輸的過程中會由于大氣的吸收作用有一定程度的衰減，因此，進行紅外檢測工作時，應選擇在相對濕度不超過75%且天氣晴朗的環境下進行。

2）在陽光直射或強烈燈光照射下，光線的反射和漫反射與紅外檢測設備的波長部分存在重疊區域，可能會影響紅外測溫儀的檢測結果，造成測量誤差。因此，紅外檢測工作最好選擇在夜晚、或陰天的環境下進行（最好在日落后2h及日出前2h之間），在白天要避免陽光直接照射。另外，在條件允許的情況下，最好不要開啟變電站內的夜間場地燈。

3）當進行戶外檢測時，空氣的流動會影響設備表面的散熱，缺陷設備的熱量會被風力加速散發，物體表面的溫度不足以說明設備的發熱情況，因此應盡量選擇在無風或風力較弱的天氣下進行紅外檢測。

4）紅外測溫設備與被試設備的角度對結果也會造成影響，因此，應從多角度進行檢測，在需要進行復測的情況下，應記錄檢測位置，以便下次在同樣位置進行檢測。同時，還應注意鄰近物體對被試設備的熱輻射，選取正確的測量角度或設置屏蔽 措施。

5）檢測距離對紅外診斷也是有影響的，紅外輻射會隨著檢測距離的增加而逐漸衰減。另外，紅外檢測設備只有在適當的距離成像效果才能達到最 好[6-7]。因此，在進行紅外檢測時，試驗人員應選擇合適的距離進行檢測。

6）不同性質的材料對輻射的吸收或反射性能各異，同時受到物體的表面光滑度等原因影響，不同設備的發射率是有較大差異的。因此，在測量之前，對不同設備進行紅外檢測時應選擇合適的發射率。在電力系統，對帶電設備進行精確的診斷時，金屬導線及金屬連接部位的發射率應為0.9，瓷套類設備應為0.92，金屬設備帶漆部位應為0.9[8]。

7）部分故障設備的過熱情況隨著設備負荷的增大而增大。因此，在紅外測試時，應詳細記錄被試設備的負荷情況，尤其是在設備負荷高峰的情況下更能反映設備是否具有缺陷。

8）大氣中的塵埃、漂浮物及懸浮顆粒對紅外檢測設備的正常工作也有非常大的影響。因此，紅外測溫工作應在空氣晴朗的無塵、無漂浮物的環境中進行。

4 結論

應用紅外診斷技術能夠非常有效地診斷高壓電氣設備和線路的過熱故障。該方法檢測時間短，無需觸碰帶電部分，安全可靠。與傳統的預防性試驗相比，不但不受是否停電的限制，而且可以清楚地顯示故障的嚴重程度和故障部位，更能有效地檢測出在不同運行負荷下設備的缺陷[9-10]。實踐證明，電力系統的許多設備事故最初都是由異常發熱開始的[11-12]，而紅外測溫技術可以通過被試設備的發熱程度來判斷設備的運行狀況，為設備的檢修提供有效支撐[13-15]。目前，隨著紅外測溫技術的發展，已開發出自動巡測的紅外在線監測系統，可實現溫度異常自動報警，自動存儲設備熱圖，極大地提高了工作效率，降低了勞動強度。在線監測系統紅外熱像圖如圖6所示。

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Application of Infrared Temperature Measurement Technology in Power System

Chen Zhongyuan1Wang Bo1Dang Le1Zu Xiangdong1Qinge Letu2

(1. State Grid East Inner Mongolia Electric Power Research Institute, Hohehot 010000; 2. China Guangdong Nuclear Power Corporation, Shenzhen, Guangdong 518000)

In the process of power system operation, it is very important to detect the defects quickly and accurately by infrared temperature measurement technology. This paper from the basic concept of infrared temperature measurement technology, combined with the specific case of infrared detection of power grid operation process analysis of the factors affecting the application superiority and the infrared temperature measurement technology, and based on the analysis of the status quo and development trend of infrared temperature measurement.

infrared; testing; case; analysis

陳忠源（1969-），男，黑龍江省齊齊哈爾市人，碩士，工程師，主要從事高電壓絕緣技術分析相關工作。