應用紅外成像技術對變電站電氣設備熱缺陷的診斷分析研究

王海鷹

【摘 ?要】運用紅外成像對儀器進行測試，及時的查處設備故障點，爭取在短時間內把故障排除，來讓電氣設備能夠迅速恢復正常工作狀態，保證電網安全穩定的運行，給設備狀態化檢修提供有價值的參考依據。

【關鍵詞】紅外成像;電氣設備;故障

引言

電力系統當中存在的各種類型電氣設備，一般由于發生故障而引發設備運行的溫度狀態發生異常，所以，對電力設備這樣一種狀態的變化進行監測，能夠診斷出設備出現的故障。進行電氣設備在線檢測的時候，紅外成像不僅是一項十分有效的技術方法，還是一個十分關鍵的內容。電氣設備的紅外檢測與診斷工具具備很多優點：不斷電、不接觸、不取樣、精準、直觀、靈敏度高以及運用范疇廣泛等等，能夠輕松查找出多種設備的缺陷，對于保障電氣設備穩定運行與提升設備運行可靠率具有十分關鍵的意義。

1 紅外成像的原理

紅外熱輻射是紅外線的別稱，其實質上屬于一種波長為0.75-1000?m的電磁波。根據黑體輻射理論可以看出，絕對零度物體表面的溫度如果低于任何高度就會持續的輻射紅外線。絕對零度實質上就是熱力學溫度的理論下限0K（開爾文），相當于-273.15℃。依照斯蒂芬-玻爾茲曼定律，物體的表面每輻射一單元的紅外線能量和此單元絕對溫度的4次方成正比，并且與其表面的發射率成正比，公式如下：

2 變電站電氣設備常見熱缺陷的分析

（1）內部熱故障的發熱過程通常比較長，并且能夠穩定的發熱，和故障點接觸的固體、液體與氣體，均會發生熱傳導、對流與輻射，這其中和它相連的導體就是一個很好的導熱體，進而把有很多和設備外殼距離不是很遠的內部故障所產生的熱量，源源不斷的傳輸至外殼，轉變了設備外表面的熱場分布。但是，針對多油的設備，因為它具備相對繁瑣的對流情況，內部故障的溫度不容易傳導至設備的外部。

設備內部的各種部件所發生的故障，主要包含以下幾種。

①電阻的損耗如果增加，就會引起發熱，其屬于電流效應所導致的發熱。問題的根源通常是導電回路的接頭、連接件以及觸頭接觸不良，導致接觸的電阻變大，導致發熱。

②介質損耗變大導致的發熱，其屬于電壓效應造成的發熱。根源在于絕緣介質的劣化、老化或者是受潮等因素，導致介質損耗變大，導致發熱。

③鐵心與可導磁部位故障導致的發熱。通常體現在磁回路不正常所引發的磁滯渦流損耗增大而發熱等等。主要原因是因為設計不當與絕緣不良等，從而導致局部磁短路與漏磁，造成局部過熱。

④電壓分布的不均勻引發的溫度變化。通常是因為電壓設備的內部元器件的缺陷，造成的電壓分布異常，導致設備的溫度分布異常。比如說FZ-110避雷器（普閥式）因為第二節組件內部受到潮濕的影響，導致各個節的電壓分布不正常，它的紅外熱像圖呈現為正常組件溫度超出正常溫度，受到潮濕影響的組件溫度比正常溫度低。

（2）外部的熱缺陷分析

外部故障實質上就是外界能夠直接觀測到的設備部位所出現的問題。這其中包含以下兩種情況：

①因為設備的表面污穢或者機械力作用所引起的絕緣性能減小引發的過熱故障。

②長期暴露于大氣當中的各種裸露電氣接頭因為接觸不良等因素所造成的過熱故障。

3 診斷變電站電氣設備紅外檢測的方法

迄今為止，變電站電氣設備利用紅外線診斷故障的方式，基本能夠歸結為6種，本文選取以下3種詳細說明：

（1）表面溫度判斷方法

該方法實質上就是根據已經制定的標準，遵循規定診斷設備溫度過熱的部位。依照直接檢測出的設備溫度，判斷設備的故障情況，制定出解決策略。比如《帶電設備紅外診斷技術應用導則》（DL/T664-2008）、《交流高壓電器在長期工作時的發熱》（GB763-1990）等等。

（2）相對溫度差判斷方法

“相對溫差法”主要是用于判斷是否存在電流型設備故障。“相對溫差”實際上就是設備具有相同的情況或者基本相同（包含設備的型號、安裝的地點、環境溫度、表面情況以及負荷電流等等）的兩個對應測量點間的溫度差，和其中相對較熱點溫升的比值的百分數。如果溫度相對較低，特別是負荷電流小的情況下，設備的溫升值并未超出相關標準，但是通過多次實踐證明這時的溫升值不能說明這一設備不存在缺陷或者故障，通常在加大負荷以后，或者環境溫度上升以后，便會造成設備的事故。針對相對溫差較大的設備缺陷，如果有條件改變其負荷率，能夠加大負荷電流以后再開始二次檢測，來確定設備所存在缺陷的性質。如果不能加大負荷電流，便可以暫時定為是一般缺陷，并且注意后期的監視。

（3）類比法

類比法簡單來講就是同種設備間相互比較，何為“同類”？實質上就是同一回路的同型設備與同一設備的三相，也就是其工作狀況、環境溫度以及背景熱噪聲相同的同型設備。具體的做法就是對比同類設備的對應部位溫度值，對比圖像就很容易判斷出設備是否存在問題，并且通過溫度差來對故障的嚴重程度進行判斷。實行同類對比的時候，需要注意不能排除三相設備存在同時產生熱故障的可能性。如果三相負荷電流出現不對稱的情況，應該思考負荷電流的影響。

4 總結

綜上所述，在紅外成像技術檢測方面，以后的路還很漫長，需要我們不斷的學習、不斷的總結，在不斷的發展中成長，給電氣設備預防性周期的延長提供保證，給狀態化檢修提供有價值的參考依據

參考文獻：

[1]中國人民共和國國家發展和改革委員會.DL/T664—2008帶電設備紅外診斷應用規范[S].北京：中國電力出版社，1994.

[2]陳新崗，刑德周，張蓮.紅外成像技術對電氣設備故障的診斷分析研究[J].重慶工學院學報，2004（6）：34-36.

[3]李曉麗.應用紅外成像技術檢測電氣設備熱缺陷的探討[J].華中電力，2007（5）：43-45.

[4]胡世征，申興忠.紅外熱像技術在河北電網中的應用[J].激光與紅外，1996（2）：107-111.

（作者單位：國網杭州供電公司）