紅外線熱像儀在變電站設備運行和故障分析方面的應用

王利強 WANG Li-qiang

（國網清徐縣供電公司，太原 030400）

（State Grid Qingxu Power Supply Company，Taiyuan 030400，China）

0 引言

隨著時代與經濟的快速發展，智能電網建設進程不斷加快，變電站數量持續增加，很多地區無人值守變電站取代傳統的變電站，成為電網建設的主要發展方向。電網建設離不開變電站的建設，為了減少變電站占地面積，加大城市化建設與電網建設的相互配合，變電站作為保障電網安全供電的基礎，因此，保護變電站運行安全，現已受到人們廣泛的關注。為了保證變電站設備安全運行，加大監控、故障分析設備的投入力度，由傳統的預防式電力設備監控轉變為預知式，從而促進變電站設備的穩定性，保障電力系統的安全供電，為供電企業創造最大限度的經濟與社會價值。

1 紅外線熱像儀的原理

紅外線熱像儀的原理是基于物體表面溫度的情況下，運用電磁波向周邊發射能量，隨著能量值的增大，其物體熱力學溫度的四次冪也隨之增大，利用此種原理制造非接觸式測量熱像儀。隨著紅外線探測技術的應用與發展，研發人員將目光投注在紅外線測溫上，通過大量的電力設備紅外輻射研究，對設備表明溫度進行量化，并顯示出來，以設備表明溫度來診斷設備有無存在正常運行狀態。紅外線成像技術與紅外線測溫就是在紅外線探測技術研究下發展出來的，當電力設備在正常運作狀態的情況下，也可采用此種技術對其運行狀態進行檢測，找出潛在的故障因素，對電力設備作事前預測，從而保障電力設備的有效性、安全性。不少研發人員在觀察到紅外線成像技術不干擾設備運行而能夠完成檢測的優勢，在此技術上輔以遠程監控，將現場設備狀態反饋至監控中心，便于工作人員及時發現與觀察設備故障，做好事前防護工作。

2 紅外線熱像儀的優勢

紅外線熱像儀具有兩大優勢，其一，可測量電力設備表明溫度，判斷其是否處于正常運行狀態，其二，當電力設備在正常運作狀態的下，也可對其運行或故障狀態進行檢測，判斷設備內部熱損耗的部位與類型，做到實時監測、事前防護。紅外線熱成像儀屬于一種非接觸式測量熱像儀，無需近距離監測，就可獲得理想的測量結果，能夠保障電力設備、監測人員的安全。紅外線熱像儀測量模式可分為定量監測、定性監測，紅外線熱像儀測量精度較高，還可根據物體表面溫度，分析其細微差別，實時將監測的設備熱圖像反饋至監控中心顯示屏上，并記錄本次監測報告，為建立熱圖像數據庫創造良好的便利，做到對熱圖像的收集、分析、處理。紅外線熱成像儀檢測設備可對監測的電力設備數據進行迅速收集、處理，并保證測量精度，甚至可精確得到設備發生故障的具體部位、類型、嚴重性，便于監測人員作出合理的判斷，及時找出設備運行問題與故障。

3 紅外線熱像儀在變電站設備運行和故障分析的應用

保護變電站安全對于電力系統而言至關重要，變電站工作人員每日需對變電站各項設備進行檢查和巡視。紅外線熱像儀監測設備應用在變電站日常工作上，不僅能夠及時對電力設備進行檢測，還能做到有效的事前防范，同時提高了工作效率，進一步培養了工作人員的檢測能力，使其對電力設備的運行更加了解，也能對日常設備檢測工作保持積極的工作熱情。例如某電網公司在采用武漢高德制造的紅外線熱像儀后，此種紅外線熱像儀精度較高，能夠反映出不同的設備檢測狀況，由各種紅外線遠程監控系統將其反饋至監控中心，做到變電站設備管理工作的智能化、自動化。在實際的變電站設備檢測工作中，應用紅外線熱像儀檢測設備不僅能夠做到基礎的設備檢測，還能進一步鑒別問題位置、類型、嚴重性，其功能也相對豐富，不僅實現了實時監控，還能將其同步顯示至顯示屏上，實現了設備檢測工作的智能化管理、自動化管理。

變電站設備的故障有多種多樣，但大多數都伴有發熱的現象。從紅外診斷的角度看，通常分為外部故障和內部故障。眾所周知，變電站設備運行中，載流導體會因為電流效應產生電阻損耗，而在電能輸送的整個回路上存在數量繁多的連接件、接頭或觸頭。在理想情況下，輸電回路中的各種連接件、接頭或觸頭接觸電阻低于相連導體部分的電阻，那么，連接部位的損耗發熱不會高于相鄰載流導體的發熱，然而一旦某些連接件、接頭或觸頭因連接不良，造成接觸電阻增大，該部位就會有更多的電阻損耗和更高的溫升，從而造成局部過熱。此類通常屬外部故障。

外部故障的特點是：局部溫升高，易用紅外熱像儀發現，如不能及時處理，情況惡化快，易形成事故，造成損失。外部故障占故障比例較大。

所謂高電壓電器設備的內部故障，主要是指封閉在固體絕緣以及設備殼體內部的電氣回路故障和絕緣介質劣化引起的各種故障。由于這類故障出現在電氣設備的內部，因此反映的設備外表的溫升很小，通常只有幾K。檢測這種故障對檢測設備的靈敏度要求較高。

內部故障的特點是：故障比例小，溫升小，危害大，對紅外檢測設備要求高。

在電力行業，很早就將熱像儀運用于設備的安全檢修上，通過其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、互感器、電力電容器、避雷器、電力電纜、母線、導線、組合電器、絕緣子串、低壓電器以及具有電流、電壓致熱效應或其他致熱效應的設備的二次回路等，這對于及時發現、處理、預防重大事故的發生可以起到非常關鍵而有效的作用。

采用紅外成像技術可開展以下電力設備故障診斷工作。①高壓電氣設備運行狀態檢測與內、外中心故障診斷：②各類導電接頭、線夾、接線樁頭氧化腐蝕以及連接不良缺陷；③各類高壓開關內中心觸頭接觸不良缺陷；④隔離刀閘刀口與觸片以及轉動帽與球頭結合不良缺陷；⑤各類CT一次內中心及外中心連接不良缺陷、本體及油絕緣不良缺陷以及內中心鐵芯、線圈異常不良過熱缺陷；⑥各類PT絕緣不良缺陷、缺油以及內中心鐵芯、線圈異常不良過熱缺陷；⑦各類電容器過熱、耦合電容器油絕緣不良和缺油（低油位）缺陷；⑧各類避雷器內中心受潮缺陷、內中心元件老化或非線性特性異變缺陷；⑨各類絕緣瓷瓶表面污穢缺陷，零值絕緣子檢測，劣化瓷瓶檢測；⑩電力變壓器箱體異常過熱，渦流過熱，高、低壓套管上、下兩端連接不良以及充油套管缺油（低油位）缺陷。

隨著無人值守變電站的建設，紅外線熱像儀檢測設備的應用前景十分廣闊，能夠在日常使用中發揮出自身的優勢，當然在紅外線熱像儀檢測設備應用廣泛的過程中，還需加大對此項檢測設備的研究力度，幫助其實現更多、更實用的功能。經大量的研究數據表明，紅外線遠程較緩系統可結合圖像監控系統、SCA3DA系統、數據采集系統、能量管理系統、多媒體監控系統，但當前應用最多的還是紅外線熱像儀與遙感技術的結合，可提供設備的光影像，根據設備的溫度情況判斷其運行狀態，再由遠程測溫功能對設備運行狀態及故障的嚴重性、位置、類型進行鑒別。

4 結束語

綜上所述，為促進變電站設備的安全運行，通過采用紅外線熱像儀檢測設備、遠程監控系統，對變電站進行實時的檢測，及時將運行分析報告反饋至監控中心，由工作人員下達指令，從而做到排除故障，保證變電站設備的安全性與穩定性。

[1]黃志鵠.紅外線熱像儀在變電站設備運行和故障分析方面的應用[J].中國高新技術企業,2011(1).

[2]譚湛.紅外成像測溫技術在變電站設備中的應用[J].熱電技術,2009(2).

[3]譚湛.紅外成像測溫技術在變電站設備中的應用[J].電器工業,2009(5).