紅外線成像技術在電氣設備狀態檢測中的應用

胡偉濤 韓建波 杜衛紅 劉建松 祝曉輝 閆佳文

【摘要】結合實際工作論述了紅外檢測技術在輸變電設備故障診斷中的具體應用，對變電站設備及線路設備紅外檢測的原理、影響因素及分析方法分別進行了論述。

【關鍵詞】紅外檢測;故障分析;電氣設備

1.引言

隨著國民經濟的發展，社會對電力需求日趨增長，確保電力系統安全穩定持續的運行，是一項十分嚴峻的任務。據相關報告統計分析，近年來發生的變電設備事故中，由于設備發熱缺陷處理不及時，引發的事故有增長的趨勢。目前對電力設備實施的狀態檢修，是根據設備的狀態制定檢修策略，而對設備的檢修周期相對定期進行絕緣預防性試驗有所延長，只依據前次試驗數據和運行人員的巡視，不能準確及時掌握設備的健康狀況，因此，帶電測試方法在設備狀態檢修中占有重要的地位。其中通過對電力設備表面溫度及其分布的監測，是目前技術成熟，行之有效的帶電測試診斷方法。

紅外熱成像系統正是接收物體表面的紅外輻射信號，得到與景物表面熱分布相對應的“實時熱圖像”，該熱圖像是反映物體自身狀態的重要信息。在電力系統中，從鍋爐、汽機、發電機、熱力管道、封閉母線，到變電站內的開關、刀閘、PT，CT，變壓器、避雷器、套管、耦合電容器等等各種設備，因為材質、工藝、安裝、以及受潮、放電、老化等存在著各種故障隱患，利用紅外熱像儀進行帶電測試，可以及時發現設備的發熱缺陷，為變電設備安全穩定運行提供可靠的科學依據，從而有效地減少盲目檢修時間，提高了檢修效率。

2.電流致熱缺陷原因及分析

作者經過近20年的現場應用，積累了一些經驗。結合變電設備典型發熱缺陷介紹如下：

2.1 隔離開關類缺陷

圖1 某35kV刀閘B相動觸頭

圖2 某35kV刀閘A相動觸頭

引起發熱的主要原因：廠家制造工藝不良，觸指拉簧壓力不夠，接觸面未除凈氧化層。

圖3 某220kV刀閘A相靜觸頭（111.96℃）

引起發熱的主要原因：剪刀式刀閘動觸頭夾緊力不夠，動靜觸頭結合處有氧化層，刀閘導電回路電阻超標引起發熱。

圖4 某35kV刀閘C相接線端子發熱（136.79℃）

引起發熱的主要原因：緊固螺絲力矩沒有達到工藝要求，廠家施工工藝不良，現場安裝工藝不良，造成接觸面電阻超標，引起接觸面發熱。

隔離刀閘常見的熱缺陷是觸頭部位及導線的引流線夾接觸不良引起的。通過多次的缺陷發現及排除總結出隔離開關缺陷多集中于動靜觸頭和接線端子的原因在于：

1）隔離開關接線端與導線端連接處于長期裸露在大氣中運行，極易受到水蒸氣、腐蝕性灰塵等的侵蝕與影響，在連接件的接觸面上形成氧化膜，因而使連接處的電阻增加，造成接觸不良而發熱。

2）導線在風力下，或因負荷變化引起連接件周期性熱脹冷縮，造成連接螺絲松動，減小連接件接觸面積，增大接觸處的導電回路電阻。

3）安裝工藝不符合要求，例如恢復連接時未加彈簧墊圈或接觸面污穢未清除干凈等。諸如此類，都會促使隔離開關接觸電阻增大而引起發熱。

4）廠家質量把關不嚴，將質量不合格的零部件組裝在產品上，并交付客戶使用。

2.2 母線類缺陷

圖5 某主變35kV母線橋抱箍（262.64℃）

圖6 某220kV刀閘動靜觸頭（144.17℃）

引起發熱的主要原因：圖5抱箍工藝不良，抱箍表面不平，抱箍壓緊的平墊與表面有一定的間隙，產生渦流，電流越大，溫度越高，停電后檢查發現螺絲明顯松動。圖6鋁導線軟連接部的接觸表面未除凈氧化層及其它污垢，緊固螺絲力矩達不到要求，處理后進行直流電阻測試，試驗合格，缺陷消除。

2.3 主變風冷控制箱類缺陷

圖7 某主變風冷控制箱

圖8 某站低壓室刀閘

引起發熱的主要原因：導線壓力不夠，接觸面小、壓力不夠，清潔表面緊固螺絲后缺陷消除。

3.電壓致熱缺陷原因及分析

3.1 某500kV變電站某220kV線路B相CVT油箱過熱原因分析

圖9 某220kV線路B相CVT油箱過熱

專業技術人員對保北站進行紅外線測溫工作室，發現某220kV出線間隔B相電容式電壓互感器溫度（29.13℃）較其他間隔偏高，并且電容式電壓互感器儲油柜溫度為上高下低，屬于內部發熱缺陷，可能為絕緣故障、中間PT故障或缺油，保護班測量PT端子箱內發現ax無輸出電壓，afxf電壓為4V，初步診斷為電容式電壓互感器內部有短路或線圈匝間絕緣損壞現象。

通過對CVT的試驗和解體檢查結果表明，事故原因主要是由于絕緣性能的降低，而制造工藝不過關和運輸工程的顛簸都可能致使絕緣降低。

3.2 某變電站35kV CVTB相油箱過熱原因分析

某變電站運維人員發現0號站變B相CVT二次監視電壓大幅下降，后對設備進行巡視，從CVT油箱觀測孔中發現變壓器油呈現黃褐色且渾濁，另兩相正常變壓器油澄清透明。對該CVT進行紅外測溫，B相油箱溫度較A、C兩相溫升10℃，初步認定為電磁單元發生故障。此電容式電壓互感器退出運行，解體后測試電容單元試驗合格，B相二次回路完好，儲油柜內的油中懸浮大量絮狀絕緣介質，PT單元被完全燒毀，該CVT一次繞組側沒有并聯避雷器，懷疑是由于過電壓引起PT單元與中壓電容發生諧振，產生的過電壓施加在一次線圈上，將繞組擊穿是造成二次電壓降低的主要原因，而此時的速飽和阻尼器并沒有起到防止發生鐵磁諧振的作用。

圖10 某站35kVCVT紅外圖譜

3.3 某變電站35kVCVTC相油箱過熱原因分析

通過解體檢查及事故現象分析，造成此次事故的主要原因：操作過電壓引起PT單元內部鐵磁振蕩，由于諧振在一次繞組的高壓端形成一個高電壓，致使并聯在一次繞組的避雷器被擊穿。而PT單元的速飽和阻尼器此時并沒有發揮其阻尼作用，原因為廠家在設計計算時出現了一定的偏差，另外，避雷器也沒有起到保護作用，在發生較高的過電壓時，閥片沒有動作，而是直接發生沿面放電，并且將閥片表面燒損擊穿，建議廠家對阻尼器的設計重新計算，檢查其匹配問題，并且對外廠供貨的避雷器進行試驗，采用合格的產品，起到保護作用。

圖11 某站35kVCVT紅外圖譜

由于該電容式電壓互感器在帶病運行數小時后，儲油柜溫度高于其他兩相10℃左右，說明在避雷器被燒壞擊穿后，PT單元仍然存在一個較大的振蕩電流，而且一直持續，否則溫度不會持續發熱，由于二次線圈并沒有發生短路現象，當時也沒有測量二次電流，所以發熱的真正原因現在還不太清楚。

4.小結

紅外診斷技術是一項有效、重要的帶電檢測試驗方法，具有非接觸、直觀、準確、靈敏度高等優點，但其測得的溫度值受到設備表面發射率、大氣衰減、氣象條件等諸多因素的影響，這方面需要進一步深入研究。

由于電力設備的多樣性，經過實踐，對斷路器和隔離開關的接頭發熱等應進行重點檢查，雖然紅外成像測溫能對電氣設備進行實時帶電檢測，可以發現常規試驗手段所不能發現的設備缺陷。但是目前紅外成像檢測技術的水平，還不能對所有設備的內部故障做出準確的判斷。因此對于內部故障的檢測應將其他帶電檢測、在線監測、停電試驗和紅外成像檢測手段有機的結合起來，才能互補，確保設備安全穩定運行。

作者簡介：胡偉濤（1977—），男，碩士，電氣試驗技師，從事電氣設備在線監測與故障診斷、電氣試驗等工作。