紅外成像測溫技術在配電網缺陷檢測中的應用

摘 要：在電力系統中，由于電力設備發熱缺陷而引起的設備事故時有發生。隨著配電網供電可靠性要求的不斷提高，采用紅外測溫診斷技術可以及時發現電力設備缺陷，使設備故障得到及時的消除避免電力系統事故的發生。本文詳細闡述紅外成像技術在電力配電線路上圖像采集和數據處理的方法，并提供典型應用分析。結果表明達到了很好的效果。

關鍵詞：紅外成像 配電網 故障檢測

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0110-02

電網帶電運行設備缺陷的及時發現和排除對電網安全運行具有十分重要的意義。10 kV配電網目前普遍采用的方法是安排線路工作人員定期進行巡視，但是這種方法不適合排查由于老化或者接觸不良等原因造成的設備內部過熱等缺陷。采用紅外成像測溫技術能很好解決這一問題，尤其對電力設備的早期故障診斷和預防性維修具有突出優點。

1 紅外成像技術在電力系統中的應用

紅外成像測溫技術在電力工業中的應用，國外開始于20世紀60年代，我國開始于80年代。1990年，在國際大電網會議（CIGRE）上，對紅外診斷技術給予充分重視和肯定[3]。

利用紅外成像儀器對電氣設備和線路的熱缺陷進行探測，如變壓器、套管、斷路器、刀閘、導線等具有電流、電壓致熱效應或其他致熱效應的設備，這已成為電力設備監測、普查、及時發現隱患、及時搶修、杜絕惡性突發性設備事故的一種先進手段[7]。

2 紅外測溫圖像采集和數據處理

在紅外測溫圖像的采集和數據處理過程中存在多種因素影響紅外測溫最終結果有各種各樣的因素，因此掌握正確的圖像采集和數據處理方法尤其重要。

（1）影響圖像采集的因素。

①人員因素。為保證檢測質量滿足電力安全生產服務的需要，從事電氣設備紅外熱像檢測人員應了解紅外熱成像診斷技術的基本條件和診斷程序，熟悉掌握儀器的操作程序和調試方法；了解被檢測設備的結構特點、外部接線、運行狀況和導致設備故障基本因素；具有一定現場工作經驗，熟悉并能嚴格遵守電力生產和工作現場的有關安全規程

②環境因素。環境溫度一般不宜低于5 ℃、空氣濕度一般不大于85%。不應在有雷、雨、霧、雪的情況下進行檢測，風速一般不大于5 m/s；氣候為陰天、多云為宜、晴天要避開陽光直接照射或反射入鏡，無霧。同時應避開環境溫度劇烈變化時間段；在室內檢測應避開燈光的直射，最好閉燈檢測。

③受檢設備因素。檢測電流致熱的設備，最好在設備負荷高峰狀態下進行，一般不低于額定負荷的30%；檢測電壓致熱的設備，保障在額定電壓下運行，負荷電流越小越好。

（2）數據處理方法。

處理紅外采集圖像方法主要有表面溫度判斷法、相對溫差判斷法、同類比較判斷法、熱譜圖分析法，精確檢測還應采用檔案分析法比較不同歷史時期的溫升、相對溫差和熱譜圖。

①表面溫度判斷法。根據測得的設備表面溫度值，對照GB/T11022-1999《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》中對高壓開關設備和控制設備各種部件、材料和絕緣介質的溫度和溫升極限的有關規定，結合環境氣候條件、負荷大小進行分析判斷。

②相對溫差判斷法。為了提高判斷正確性，對電流致熱型設備，若發現設備的導流部分熱態異常，應進行準確測溫，根據公式（1）計算相對溫差值判斷確定缺陷性質，并劃分為緊急缺陷、重大缺陷及一般缺陷等3類[1]。

（1）

其中：為相對溫差值；

為正常相溫度；

為發熱點溫度；

為環境參照溫度。通常設與被測物體同質（發射率相同）且與周圍空氣溫度相同者為參照物。

③同類比較判斷法。根據同組三相設備間對應部位的溫差進行比較分析。如果三相設備同時出現異常，可與同回路的同類設備比較。

④熱譜圖分析法。根據同類設備的正常狀態和異常狀態的熱圖像判斷設備是否正常，當電氣設備其他試驗結果合格時，應排除各種干擾對圖像的影響，才能作出結論。

⑤檔案分析判斷法。分析同一設備不同時期的檢測數據，找出設備致熱參數的變化，判斷設備是否正常。

3 紅外成像測溫技術在配電網的應用

（1）應用案例分析。

以慈溪局10 kV新橫B853線為例，7月下旬對該線路進行正常周期性紅外測量。該日氣象條件：晴，大氣溫度28 ℃，濕度68%，風速2 m/s。測量時間段為上午8點至9點之間，線路負荷約為62%。紅外測量對象為線路耐張搭頭。取得圖像如圖1、2。

圖1與圖2均為主干線電源測線路耐張搭頭。從圖1可以看出A相溫度為31.9 ℃，B相溫度為31.9 ℃，C相溫度為31.6 ℃。三相溫度基本保持一致。圖2所示A、C兩相分別為34.2 ℃、33.8 ℃，比正常相溫度略高，而B相溫度為41.6 ℃，超過正常相溫度約10 ℃。

采用相對溫差判斷法進一步判斷缺陷性質。如算式（2）所示：

（2）

從算式（2）可知該處相對溫差值已達到74%。根據DL/T664關于缺陷等級分類該處相對溫差值大于一般缺陷相對溫差值30%，但小于緊急缺陷規定的相對溫差值80%。該缺陷應確定為一般缺陷，需要予以密切關注，防止演變為重要缺陷或者緊急缺陷。

（2）應用效果。

從應用紅外成像技術在某局10 kV配網缺陷檢測的情況來看，溫度越限情況占總缺陷的比重比較大。統計第三季度缺陷如表1、表2所示。

從表1和表2可以看出第三季度缺陷中，采用紅外成像檢測出的一般缺陷占總缺陷的60%，重要缺陷占總缺陷的15%。因此利用紅外成像技術提高了設備缺陷發現的幾率，為線路檢修工作提供了更為可靠的依據，保障了線路的安全穩定運行。

4 結語

隨著對配電網供電可靠性要求的提高，傳統的設備缺陷巡視方法已經不能滿足可靠性標準要求。在配電線路中由于致熱導致的內部缺陷，采用一般的巡視很難發現。紅外成像技術作為一項在發電廠、變電站設備檢修中應用已相對成熟的方法，同樣適用于配電網設備的缺陷檢測，因此為保證電力生產安全高效運行，把紅外成像技術應用到配電網設備的日常巡視中，可以提高運行經濟效益，降低維修成本，為電網的穩定運行提供保障。

參考文獻

[1]DL/T664.帶電設備紅外診斷技術應用導則[S].北京：中國電力出版社，1999.

[2]胡世征.電器設備紅外診斷的相對溫差判斷法及判斷標準[S].中國電力，1998（10）.

[3]董其國.紅外診斷技術在電力設備中的應用[M].機械工業出版社，1998.

[4]陳衡，侯善敬.電力設備故障紅外診斷[M].中國電力出版社，1999.

[5]付冬梅，李曉剛，唐征花.基于相對溫差法的電器設備故障紅外診斷方法與軟件開發[J].紅外技術，2002（5）.

[6]朱彬.提高帶電設備紅外診斷準確性的方法[J].貴州電力，2005（10）.

[7]吳繼平，李躍年.紅外熱成像儀應用于電力設備故障診斷[J].電力設備，2006，7（9）.

[8]劉彥超.紅外成像技術在電力系統中的應用[J].科技創新導報，2008（28）.