紅外熱成像技術在高壓輸電設備故障診斷中的運用

邵 山，邱曉明，楊 陽

（平高集團有限公司，河南 平頂山 467000）

0 引 言

紅外熱成像檢測技術是一種準確、直觀且非接觸類達到較高靈敏度、安全快速，可以廣泛運用的，對物體表現溫度場分布進行測定的方法之一[1]。

1 紅外熱成像技術高壓輸電設備故障診斷原理及運用重要性

高壓輸電設備出現的多數故障都是局部或整體過熱及溫度表面分布異常作為主要征兆，那么通過采用適當的紅外熱成像儀器對電力設備的運行紅外輻射能量進行檢測，并將所得的能量轉變為電信號，經專門電信號處理系統處理可獲高壓輸電設備的表面溫度分布情況及運行狀態信息。由于電氣設備的空間分布及性質特征不同，因此通過紅外熱成像技術對于高壓輸電設備的狀態運行消息進行分析，即可判定設備內的潛在故障問題、所在位置及嚴重程度[2]。

電氣設施的連接處是相當容易出現故障或發熱的部位，紅外熱成像儀器可以明確全部能見連接處的熱隱患。針對那些因為遮蔽而無法直視的位置，就傳統的方法而言，只能進行解體檢驗并清理接頭，根本沒有其他辦法。而采用紅外熱成像儀器能夠依據其熱量傳遞至外部零件上的情形，對熱隱患進行了解，不需要借助其他工具，便能夠在-20～2 000 ℃的寬量程里直接依靠0.05 ℃的高分辨率實施檢驗。由此可知，紅外熱成像儀器所具備的檢驗性能極其卓越。

此外，采用紅熱成像儀器取代傳統檢驗手段還能夠節約許多費用。此類節省主要表現在兩大方面：一方面，紅外熱成像儀器檢測速度非常快，因此無需如傳統手段那樣消耗人力、物力去實施設施的拆裝、檢查、清潔、固定、搭架子等；另一方面，采用紅外熱成像儀器檢測時，無需設施斷電，而僅在找到故障后，實施維修時才需要進行停電，而且極有可能把維修時間設置在計劃停電的時間范圍里。

2 紅外熱成像技術檢測高壓輸電設備故障方法

對于高壓輸電設備的故障問題，運用紅外熱成像技術主要包括兩類，一種是一般檢驗，另一種是精準檢驗。一般檢驗通常比較適用于高壓輸電設備未有較高要求環境中，如大范圍檢驗設施高速掃描，電流致熱問題中對設施的發熱情況綜合了解。精準檢驗則在對設備、環境精準度要求較高情況下運用，通過檢驗電壓所致內部故障問題，從而判定故障所在。故障診斷方法目前主要以表面溫度鑒定、相對溫差鑒定、同類對比、熱譜圖解析、檔案解析共計5種檢驗方法[3]。

3 高壓輸電設備紅外熱成像故障診斷技術運用案例

3.1 鑒別電流致熱型機械故障

目前，電流致熱故障問題中，電機、CT、開關三類故障問題是常見的情況，運用紅外熱成像故障診斷技術解決如下[4]。

3.1.1 電機故障

某一電場發電機機器大檢修檢測定子線圈的直流電阻結果發現存在異常，達到2.15%的互差值，存在超標問題。工作人員對這一情況預測為：由于線棒焊接點所致。然后運用紅外熱像儀測量發電機溫度，在檢測過程中發電機的定子線圈流通電流數值是1 200 A。在經幾個小時后發現，自熱像儀顯示#55線棒延伸線達到34.9 ℃局部溫度，剩余達33 ℃的部分溫度，所以最終確定此為故障點。技術人員剝開絕緣體后，確實發現絕緣體云母過熱且發現大塊焊錫鎦子，證實該處即錫流失故障。通過重新焊接線棒的焊接點，直至紅外檢測溫度恢復正常之后機組即可再次使用。

3.1.2 CT故障

某一高壓發電機終端CT完成二次直流電阻檢測，最終的檢測結果表明CT端的直流電阻明顯上升8.5%，較正常數值遠遠超出。為了更好的找出故障發生原因，通過在故障CT通入直流并完成紅外熱成像測溫，進而發現故障點在于接頭溫度過高，也就是內部焊接錯誤所致，因此判該故障即內部熱故障問題。

3.1.3 開關故障

某廠運用紅外測溫數據檢測高壓輸電設備隔離開關，經檢測數據（見表1）發現，A相一臺隔離開關端部轉頭存在溫度異常情況，相較另一端轉頭該端的轉頭溫度明顯高出12.76K。以《帶電設備紅外診斷應用規范》為依據，想要更好的解決隔離開關帶轉頭溫度存在的檢測結果誤差情況，確定溫差在15K以內即已達到關鍵缺陷要求，對此需要停電后進行預試處理[5]。

表1 紅外熱成像檢測結果

3.2 鑒別電壓致熱型機械故障

對于絕緣介質，采用公式P=U2·ω·C·tgδ計算損耗。發熱功率數值一般受電壓強弱程度影響，所以稱該類機械為電壓致熱型機械。運用紅外熱成像技術對該機械進行故障診斷中，主要針對電壓互感器、避雷器、絕緣子、耦合電容器、電纜頭及開關斷口均壓電容器展開診斷。

某高壓電廠運用紅外熱成像技術檢測變壓器，發現變壓器下部螺栓部位溫度過高，根據檢測結果認為變壓器在運轉中，漏磁于變壓器鐘罩上端感應面的大電流，通常會經過變壓器鐘罩螺栓、底座、接地扁鐵進行泄放。這樣一來螺栓越緊固，反之接觸電阻值便會減小，但是泄放電流則明顯增加，存在嚴重發熱的情況。所以在故障診斷中通過將嚴重發熱螺栓外跨接短路環，發現不僅可以對高溫螺栓有效散熱，還可以達到分流成效，在處理后高壓輸電設備均恢復正常。

3.3 機械故障鑒別

目前，高壓輸電機械設備運行中，發電機、電動機等電力機械，都存在所受軸承振動及潤滑冷卻油量較少，或設備裝設的調整不當等問題，導致軸承的整體受力不均，最終所致軸承磨損度較高。直流電動機換向器由于存在表層受損變形導致溫度增高、熱量較大。這些故障問題，均可以運用紅外熱成像技術加以鑒別。

3.3.1 電壓、電流互感器故障

診斷電壓互感器故障問題運用紅外熱像技術，能夠初步排查故障存在鐵芯片之間，局部短路“業部線圈匝間短路”，具體依照故障問題的嚴重程度，作為設備是否退出運行的判斷依據，并且經色譜及電氣試驗對存在的缺陷類型進行分析評定，還可經紅外診斷迅速探測是否隸屬電流互感器介質損耗過大所致故障問題。

某一電廠在巡檢過程中，發現運用的TYD110-01007H電容式電壓互感器發生分壓電容熱性異常問題，自上至下的第7裙位置瓷套表面的溫度迅速升溫，達到縱向溫差9e，較同類設備溫差高達10e。因此，判定該設備故障問題為多個連續電容單兀的絕緣板表面發生爬電燒傷炭化問題。以熱像圖中存在的溫度分界線為依據，對上部缺油所暴露外面，下部浸于絕緣油內進行探明，電壓互感器中壓引出至電磁單兀油箱套管及電容兀件均破損，且油箱內的密封圈兩端并未深入至密封槽內，導致存在密封不良的問題。經試驗證實，紅外故障探測運用行標重點進行電壓互感器測溫，能夠及時發現故障問題。

3.3.2 斷路器、避雷器故障

避雷器極有可能存在非正常溫度分布、過大相間溫差及局部升溫等故障問題。通過運用紅外熱像結合帶電測試兩種測試方法，能夠準確探測因閥片破損所致的故障問題，觀察故障引發整相及部分兀件發熱，主要由于避雷器受潮，所致故障及非故障兀件發熱。也可以運用紅外熱像，探測動靜、中間、靜不同觸頭，診斷由于接觸不良問題所引發的斷路器內部受損、受潮和缺油多種故障問題。

4 結 論

紅外熱成像技術能夠普遍運用于狀態監察及故障診斷中，具有良好的應用前景。未來也希望該技術能夠更好的對高壓電力設施的內里穩定與表層溫度聯系加以明確，以便更好的運用該故障診斷技術來確保高壓輸電設備的運行正常。