紅外診斷檢測技術在輸電線路中的應用

馮劍飛　王臻卓

摘要：這些年來，隨著電力項目規模的擴大，使用在輸電線路中的設備也越來越完善。在高壓輸電線路中，由于紅外檢測具有不解體、遠距離、不接觸、不停電等特點，故在高壓輸電線路當中使用紅外熱成像儀和紅外監測技術不僅能大大提高工作人員的工作效率，而且可以監控電網的運行狀態。

關鍵詞：紅外診斷檢測技術；性能檢測；診斷方法；輸電線路；電力項目 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM621 文章編號：1009-2374（2015）01-0060-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0030

高壓架空線路是電力系統中發電、輸電、變電、配電的連接通道，它的安全性和可靠性將對整個電網的穩定產生直接影響。接頭松動、線路上金具的氧化、絕緣子擊穿等故障對系統的安全運行造成嚴重威脅。電氣試驗是多年來故障診斷中經常使用的方法，但它成本較高且大多為破壞性檢測，而且隨著技術的發展，大家對在線監測的需求越來越多，故在一些需要大面積、遠距離測量和快速掃描的場合，逐漸被紅外檢測所代替。紅外熱像儀可以用于輸電線路中溫度上升類故障，利用紅外圖譜顯示溫度的分布，經過軟件分析能夠顯示出線路中任何一個地方的溫度值，然后根據得出的結論推斷出線路中的缺陷和隱患。基于此，在輸電線路中進行設備的帶電檢測十分重要。本文通過介紹紅外線診斷故障的原理、操作技術方法，重點對高壓輸電線路的故障診斷方法加以分析，使工作人員能夠更好地了解紅外診斷技術在輸電線路中的應用。

1 紅外診斷技術原理

1.1 基本原理

任何物體，只要具有一定的溫度，就會向外散發人眼看不見的能量，物理學上稱其為輻射能量。能量的大小與該物體的熱力學溫度4次方成正比，即：

式中：E為輻射出射度；σ為波爾茲曼系數；為物體的輻射率；和分別為物體周圍環境的溫度和物體本身的溫度。一旦物體發射出的溫度E確定了，便能夠求出溫度值。利用這個原理制成了紅外溫度儀，測量時的溫度越高，向外輻射的能量越強。這種測量方式歸為非接觸測量，因為它不需要與被測量的對象接觸。根據發熱原理，將電力設備進行分類，可分為電壓致熱型、電流致熱型和綜合致熱型。由于輸電線路的熱量由電阻和電流所決定，故它屬于電流型。當散熱一定時，電流也就基本上不會發生變化，溫升就主要由電阻來決定。所以，根據發生故障的時候，故障處的電阻值大于其他電阻值這一原理，即可判斷出故障點的具體位置。產生故障的原因如表1所示：

表1 故障原因分類

分類 故障原因

1 螺栓未壓緊，接頭連接不良

2 導體因長期運行而腐蝕氧化；大氣中的灰塵和有害氣體引起的腐蝕

3 設備材質差、加工安裝工藝不良等造成的導體損傷

4 機械振動等各種原因造成的導體實際截面的降低

5 負荷電流不穩定或超標

1.2 對被檢測環境的要求

當對輸電線路運用紅外檢測技術時，對周圍環境提出以下要求：（1）溫度不應該低于5℃，當必須在低溫下檢測的時候，應該先觀察儀器本身對工作環境的要求，如果不滿足的情況下要及時更換儀器，同時應該把水汽結冰造成的某些進水受潮設備的缺陷漏檢考慮進去；（2）空氣中的濕度最好要超過85%，檢測時，不適宜在霧、雨、雷、雪和風速大于0.5m/s的環境下進行，若過程中風速發生較大變化時，應該將風速值記錄下來，并按要求對測量數據進行修正；（3）應在日落之后、日出之前或陰天進行檢測。

2 紅外檢測技術的操作方法及診斷優勢

2.1 操作方法

使用紅外檢測技術對輸電線路進行監測時，一般先使用紅外熱電視或者紅外熱像儀對輸電線路中所有需要檢測的部位進行一個全面掃描，從中找出熱態的異常部位，對于重點監測設備和溫度異常部位需要進行準確測溫。

準確測溫時需要注意以下事項：（1）針對輸電線路檢測應該選擇它專用的環境溫度參照體；（2）使用同一儀器對線路發熱點、參照體溫度和正常相的對應點進行測量；（3）選擇合適的輸電線路發射率；（4）當對同類故障點進行比較的時候，需要保持儀器和對應測量點距離的一致性、方位的一致性；（5）測量時鍵入正確的相對濕度、大氣溫度和測量距離等補償系數，并選擇合適的測溫范圍；（6）條件允許時，盡量從不同的方位進行檢測，以求出最熱點的溫度值；（7）對異常的設備，記錄下它的實際負荷電流和正常相、發熱相及參照體的溫度值。

2.2 診斷優勢

在輸電線路中采用紅外診斷與檢測技術具有很強的優勢：（1）能夠彌補其他一般性檢測方式的不足，從一定意義上減小誤差；（2）性能優良，不停電、不接觸、不取樣；（3）能夠在不影響正常運行的情況下進行檢測，能進行帶電監測，效率比較高；（4）能夠讓工作人員直接、快速地發現設備故障問題，從而實現“對癥下藥”地解決輸電線路當中出現的問題，以確保用戶能夠安全用電、設備能夠正常運行。

3 高壓輸電線路故障診斷方法

采用紅外技術診斷輸電線路設備發熱缺陷及故障的方法基本上有以下五種：

3.1 表面溫度判斷法

根據檢測到的設備表面溫度值，對照國家標準763的有關規定，可以根據設備負荷率的大小、設備溫度的超標度以及重要性來確定設備缺陷的性質。應用這種方法實用性強，但當發熱點不明顯時，會出現錯判的情況，故此種方法一般只用于簡單的外部熱故障判斷。

3.2 溫差值判斷法

所謂溫差值判斷法是指在設備安裝點、型號、環境、負荷電流和表面狀況等基本狀況基本相同的情況下，所測得的兩個觀測點的溫差與校熱測點溫升的比值，公式如下：

其中T2和t2為正常相對應點的溫度和溫升；T1和t1為發熱點的溫度和溫升；T0為測得環境參照體的溫度。這種方法適用于像SF6斷路器、真空斷路器、充油套管、高壓開關柜、隔離開關等電流致熱型設備的故障診斷，因為它能夠通過排除外界溫度變化對診斷結果的影響，但是從另一方面來說，它又不夠直接，花費時間較多，不適用于快速診斷。endprint

3.3 同類比較法

同類比較法是指在同一電氣回路當中，當三相（或兩相）設備相同和三相電流對稱時，比較三相（或兩相）設備對應部位的溫升值，即可判斷設備的正常與否。當三相出現同時異常時，可以與相同回路中的同類設備進行比較，不對稱時還要把負荷電流造成的影響考慮進去。電壓致熱型設備和電流致熱型設備都可以采用同類比較法進行檢測。當在電壓致熱型設備中使用時，可以通過對應點溫升值的差別來對設備的正常與否進行判斷。正常工作條件下，當同類溫差大于溫升值允許值的30%時，定義為重大缺陷，尤其要注意當發生電壓不對稱時，應該把對工作電壓的影響考慮進去。

3.4 熱圖譜分析法

所謂熱圖譜分析法是指工作人員根據紅外熱像儀提供的變化圖譜來對設備的運行狀態進行判斷的一種方法，由于它精確度較高，故成為這幾年來在高壓輸電線路中檢測的常用方法。它需要較少的人力資源，人為干擾小，采用先進的科學設備，規范化的程度較高。

3.5 檔案分析法

檔案分析法即為在有被診斷設備的紅外診斷檢測檔案的前提下，對不同時期同一設備的相對溫差、溫升、熱圖譜等數據進行分析，根據分析結果不僅能對設備的正常與否進行判斷，還能分析出設備致熱參數的變化規律和趨勢。

4 結語

通過對以上幾種檢測方法進行比較發現：表面溫度判斷法的適用范圍比較廣，檢測過程簡單，效率較高，但是準確率一般；溫差值判斷法的適用范圍一般，檢測過程復雜，效率較低，但是準確度比較高；熱圖譜分析法在輸電線路中應用最為廣泛，檢測過程比較簡單，而且效率快，準確率高。由于輸電線路的設備具有高架性、分散性的特點，所以紅外診斷技術在輸電線路中的應用不同于其他電氣設備的檢測。隨著經濟的進一步發展，紅外診斷技術在輸電線路中的應用會越來越廣泛，但是目前這還是一項新技術，希望廣大電力工作者在以后的工作中能夠及時地將自己的經驗與大家交流，使紅外熱成像技術在高壓輸電線路中應用更加成熟完善。

參考文獻

[1] 諶青昊，吳功平，駱敏華，張成祥.高壓輸電線路紅外診斷系統開發[J].機械與電子，2004，（3）.

[2] 田鵬飛.紅外診斷技術在輸電線路檢修中的應用[J].中國新技術新產品，2011，（11）.

[3] 羅昳昀.高壓輸電線路設備紅外診斷與檢測技術分析[J].電子測試，2013，（24）.

[4] 李洪濤.淺談高壓輸電線路的狀態診斷與檢測[J].廣東科技，2010，（10）.

作者簡介：馮劍飛（1983—），男，河南許昌人，珠海市恒源電力建設有限公司工程師，研究方向：電氣工程。

（責任編輯：秦遜玉）endprint

3.3 同類比較法

同類比較法是指在同一電氣回路當中，當三相（或兩相）設備相同和三相電流對稱時，比較三相（或兩相）設備對應部位的溫升值，即可判斷設備的正常與否。當三相出現同時異常時，可以與相同回路中的同類設備進行比較，不對稱時還要把負荷電流造成的影響考慮進去。電壓致熱型設備和電流致熱型設備都可以采用同類比較法進行檢測。當在電壓致熱型設備中使用時，可以通過對應點溫升值的差別來對設備的正常與否進行判斷。正常工作條件下，當同類溫差大于溫升值允許值的30%時，定義為重大缺陷，尤其要注意當發生電壓不對稱時，應該把對工作電壓的影響考慮進去。

3.4 熱圖譜分析法

所謂熱圖譜分析法是指工作人員根據紅外熱像儀提供的變化圖譜來對設備的運行狀態進行判斷的一種方法，由于它精確度較高，故成為這幾年來在高壓輸電線路中檢測的常用方法。它需要較少的人力資源，人為干擾小，采用先進的科學設備，規范化的程度較高。

3.5 檔案分析法

檔案分析法即為在有被診斷設備的紅外診斷檢測檔案的前提下，對不同時期同一設備的相對溫差、溫升、熱圖譜等數據進行分析，根據分析結果不僅能對設備的正常與否進行判斷，還能分析出設備致熱參數的變化規律和趨勢。

4 結語

通過對以上幾種檢測方法進行比較發現：表面溫度判斷法的適用范圍比較廣，檢測過程簡單，效率較高，但是準確率一般；溫差值判斷法的適用范圍一般，檢測過程復雜，效率較低，但是準確度比較高；熱圖譜分析法在輸電線路中應用最為廣泛，檢測過程比較簡單，而且效率快，準確率高。由于輸電線路的設備具有高架性、分散性的特點，所以紅外診斷技術在輸電線路中的應用不同于其他電氣設備的檢測。隨著經濟的進一步發展，紅外診斷技術在輸電線路中的應用會越來越廣泛，但是目前這還是一項新技術，希望廣大電力工作者在以后的工作中能夠及時地將自己的經驗與大家交流，使紅外熱成像技術在高壓輸電線路中應用更加成熟完善。

參考文獻

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[3] 羅昳昀.高壓輸電線路設備紅外診斷與檢測技術分析[J].電子測試，2013，（24）.

[4] 李洪濤.淺談高壓輸電線路的狀態診斷與檢測[J].廣東科技，2010，（10）.

作者簡介：馮劍飛（1983—），男，河南許昌人，珠海市恒源電力建設有限公司工程師，研究方向：電氣工程。

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3.3 同類比較法

同類比較法是指在同一電氣回路當中，當三相（或兩相）設備相同和三相電流對稱時，比較三相（或兩相）設備對應部位的溫升值，即可判斷設備的正常與否。當三相出現同時異常時，可以與相同回路中的同類設備進行比較，不對稱時還要把負荷電流造成的影響考慮進去。電壓致熱型設備和電流致熱型設備都可以采用同類比較法進行檢測。當在電壓致熱型設備中使用時，可以通過對應點溫升值的差別來對設備的正常與否進行判斷。正常工作條件下，當同類溫差大于溫升值允許值的30%時，定義為重大缺陷，尤其要注意當發生電壓不對稱時，應該把對工作電壓的影響考慮進去。

3.4 熱圖譜分析法

所謂熱圖譜分析法是指工作人員根據紅外熱像儀提供的變化圖譜來對設備的運行狀態進行判斷的一種方法，由于它精確度較高，故成為這幾年來在高壓輸電線路中檢測的常用方法。它需要較少的人力資源，人為干擾小，采用先進的科學設備，規范化的程度較高。

3.5 檔案分析法

檔案分析法即為在有被診斷設備的紅外診斷檢測檔案的前提下，對不同時期同一設備的相對溫差、溫升、熱圖譜等數據進行分析，根據分析結果不僅能對設備的正常與否進行判斷，還能分析出設備致熱參數的變化規律和趨勢。

4 結語

通過對以上幾種檢測方法進行比較發現：表面溫度判斷法的適用范圍比較廣，檢測過程簡單，效率較高，但是準確率一般；溫差值判斷法的適用范圍一般，檢測過程復雜，效率較低，但是準確度比較高；熱圖譜分析法在輸電線路中應用最為廣泛，檢測過程比較簡單，而且效率快，準確率高。由于輸電線路的設備具有高架性、分散性的特點，所以紅外診斷技術在輸電線路中的應用不同于其他電氣設備的檢測。隨著經濟的進一步發展，紅外診斷技術在輸電線路中的應用會越來越廣泛，但是目前這還是一項新技術，希望廣大電力工作者在以后的工作中能夠及時地將自己的經驗與大家交流，使紅外熱成像技術在高壓輸電線路中應用更加成熟完善。

參考文獻

[1] 諶青昊，吳功平，駱敏華，張成祥.高壓輸電線路紅外診斷系統開發[J].機械與電子，2004，（3）.

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[4] 李洪濤.淺談高壓輸電線路的狀態診斷與檢測[J].廣東科技，2010，（10）.

作者簡介：馮劍飛（1983—），男，河南許昌人，珠海市恒源電力建設有限公司工程師，研究方向：電氣工程。

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