紅外成像技術在變電運檢中的應用

陳婷婷

（德陽供電公司，四川德陽 618000）

0 引言

紅外成像技術是利用紅外探測器、光學成像、物理鏡技術，接收紅外探測器發出的輻射信號，通過光譜濾波技術、空間濾波技術，使這些信號集聚在圖形上，準確地反應紅外探測器發出的光敏源，進行精準定位，并通過掃描原理進行單元分析或系統分析，放大光線轉換，提高圖像分析的精確程度。

1 紅外成像技術在變電運檢中的應用

紅外成像技術可以通過放大處理，將紅外線輻射轉化為標準視頻形式，展現在一體化設備的讀取屏幕上。該項技術可以測得變電設備表面的溫度，同時利用定向波長吸收技術，對一些特定性的空氣進行全面的反射與分析，從而在看不見的光線環境內，進行氣體外泄的檢測，將檢測數值以直觀的形式展現出來。

目前，變電設備檢測中應用的紅外檢測成像設備，主要有一體化大型檢測設備和移動式便攜設備，這兩種設備都可以通過高壓電氣設備進行紅外線檢測，并展現為數字信號形式，在變電設備不停機的情況下，檢測設備運行情況。通過這種方式可以及早發現變電設備的異常發熱、絕緣降低、漏氣等問題，對設備保護的安全性能進行系統的檢修與運行指導[1]。

2 紅外成像技術在變電運檢中的應用要點

2.1 溫度檢測

一般來說，變電運維設備的發熱主要是由于電流通過引起導體阻力過大，或是絕緣受潮以及設備原件老化等。應用紅外線可以精準地對變電設備進行溫度檢測，從而更好地發現表面溫度的變化情況，進行同類比較，通過紅外線圖像進行表面溫度的差值計算，并將差值歸類到變電設備運行過程中的溫度檔案，進行縱向的實施分析與設備對比。

（1）表面溫度測定。通過測定表面溫度，對變電設備的電流熱型、電磁熱型進行系統分析，判斷變電設備內部的材料運行、絕緣運行、溫度上升等狀況，根據數據分析溫度是否超過極限值，并結合拼接設備所處的環境、氣候、濕度條件、負荷大小等進行綜合分析。通過同類比較的方法，判斷該設備是否與同一環境中的其他設備、或同組中的其他設備存在顯著的溫度差異。判定時，應盡可能地排除干擾因素，以提高判斷的準確性。

（2）溫度檢測條件控制。溫度檢測中要控制好檢測環境的系數，一般來說，風速＜0.5 m/s，檢測通電時間＞24 h，保障設備運行的整體系數，以完全體現設備的正常運行狀態。要從具體的觀測角度，找到幾個最好的觀測點和觀測方向，并對最佳的溫度檢測位置進行調整，在電子設備上進行相應的標記，以方便后期重復檢測中進行核實。

技術人員要根據被檢測設備的輻射率進行相關金屬材料的檢測，避免紅外線輻射對金屬材料造成氧化。檢測前應用有限元參數分析方式對輻射率進行系統控制。根據檢測設備所處的環境以及氣溫的變化情況，選擇合適的參照物體，盡可能選擇同組中的同型號變電設備，這些設備要基本保持在同一方向或同一工作現場，以方便對檢測后的數據進行對比。

（3）案例分析。上海市某變電站，在對220 kV 的主變間隔變壓設備進行紅外溫度檢測過程中，發現一號主變壓測套頭A相接頭存在溫度異常現象。紅外光譜檢測顯示：①變電設備所處的環境溫度為20 ℃，濕度60%；②目標輻射系數0.9，風速0 m/s；③環境參考溫度21.3 ℃，目標距離5 m；④額定負荷3150 A，測試時負荷63.02 A。

通過紅外線的精準溫度檢測發現，造成異常發熱的原因是A 處接頭接觸不良，溫度為40 ℃，超標12.5%。經過系統排查，發現A 處套頭部分接頭氧化銹蝕，導致接觸部位電阻增大，熱點溫差為15.4 k，相對溫差為82.4%。根據檢測結果，對接口部分的金屬零件進行更換后，發熱現象消失。

2.2 懸式絕緣子檢測

懸式絕緣子是變電設備的主要配件，由于生產制造工藝的問題，安裝問題以及后期調試問題，懸式絕緣子在工作的過程中，很容易出現系統內部的裂縫，濕度吸收量增加，內部形成氣孔結構，導致內部與外部的壓力分配不均衡，局部出現應力集中現象，使絕緣子的系統構建自然劣化，絕緣系數下降，產生不同程度的材料膨脹。在外部環境的影響下，冷熱系數不均勻，產生強電場，影響絕緣能力。

（1）紅外成像檢測。應用紅外檢測成像技術，根據不同懸式絕緣子的運行狀態，對發熱損耗、介質損耗、表面漏電、系統老化、內部穿透性等問題進行相應的檢測，判斷設備運行中存在的狀態變化。可以通過紅外成像，直觀地檢測到絕緣子與環境之間的相互作用關系，尤其是判斷絕緣子與環境之間的溫度差異，從而調整零差別參數設置，提高紅外檢測的精確度。通過成像儀觀測環境因素、污穢程度、零值絕緣子位置以及相關的系統參數，提高檢測的精確度。

（2）檢測要點。①在絕緣子檢測過程中，要保持紅外線成像儀溫度處于合理范圍內，使用30 min 之后，要對紅外成像儀進行參數調整，避免長期使用對檢測造成負面影響[2]；②在夏季或者密閉環境內進行絕緣子檢測時，由于正常絕緣子發熱功率會隨著溫度的上升而不斷減少，因此，檢測技術人員要控制好溫度的差值，將被檢測絕緣子與正常絕緣子之間的溫度差異降到最低范圍內，盡量避免在高溫環境下進行紅外線檢測；③通過暖通空調系統對環境溫度進行控制。要盡量避免在濕度過大的環境內進行絕緣子檢測，檢測前分析環境的空氣濕度。空氣濕度＞60%時不可以檢測，空氣濕度處于40%～60%時，可以分析電阻的運行狀態，保障電阻的運行效率以滿足檢測要求；④分析水汽造成的正常絕緣子表面電阻值增加現象，避免由于暫時性的零值，導致絕緣子檢測的準確性受到影響。

（3）案例分析。上海市某變電站在對500 kV 的變電設備開展懸式絕緣子紅外線檢測過程中，發現二號門架處的一臺變電設備第二片絕緣子溫度相對較高。系統檢測結果顯示該部分的熱點溫度為20.8 ℃，絕緣子串靠近導線部分發熱現象非常明顯。對系統缺陷進一步檢查中，根據紅外線圖譜顯示，找到發熱中心的熱圖像，并分析其與正常絕緣子之間的溫度差值。對該絕緣子串進行了及時更換后，再次進行紅外線成像檢測，發熱現象消失。

2.3 漏氣檢測

變電設備中的一些充氣類設備，在法蘭密封面、密度繼電器表面密封處、罐體預留孔密度處、充氣口、管路口、設備本體、砂眼等位置，都可能出現漏氣現象。應用紅外成像技術可以對漏氣現象實現早發現，早處理，提高設備檢測預警方案的系統性程度。

（1）密封圈漏氣分析。應用紅外成像技術，發現由于密封圈缺陷造成的漏氣現象，尤其是在安裝一臺新的邊界設備過程中，檢測到由于安裝工藝問題導致的漏氣現象，圍繞法蘭圈進行紅外成像檢測，及時通過溫度觀測進行漏氣點查找。

特別是在換季期間，空氣溫度差值較大時，變電設備密封口處很可能由于冷熱系數的問題而發生漏氣現象，通過紅外成像技術進行隱患排查，可以降低事故發生的概率，提高設備檢測的管理精確度。

（2）檢測要點。①漏氣檢測過程中，要從3 個以上的不同方位，對被檢測變電設備進行系統性的檢測，以保證每個漏氣點都可以被發現[3]；②應用電子表格記錄、圖像記錄以及信息技術模型記錄等方法，對檢測中出現的可見光圖像進行系統分析，整合紅外光譜，形成一個漏氣現象的綜合檢測圖譜，便于工作人員對于不同的變電設備以及變電設備的不同檢測情況進行橫向與縱向對比；③檢測前，要保持現場處于通風良好狀態，一般來說，要提前15 min 開窗通風，保證所有被檢測變電設備與氧氣充分結合。

3 結語

綜上所述，紅外線成像檢測技術在目前的變電運檢中有著重要的應用，可以作為一種常用手段加入到變電站系統運檢維護中。研究紅外線成像技術在變電運檢當中的應用，及時分析變電設備故障信息進行故障點定位。可以降低停電概率，提高變電檢修工作效率。