紅外診斷技術在電力生產中的應用

王斌

廣西電網有限責任公司北海供電局 536000

摘要：隨著我國國民經濟持續穩定發展，電力生產規模也不斷擴大，國家對電力生產的安全性、穩定性要求越來越高，人民對電力需求的依賴性越來越強。本文以紅外診斷技術為研究對象，結合其相關理論知識，分析了該技術在電力生產中的應用。

關鍵詞：紅外診斷技術；電力生產；應用

前言

電力紅外診斷具有不停電、不取樣、非接觸、操作安全等優點，可以實時、快速、準確對電力設備進行狀態監督，覆蓋所有電氣設備各種故障的診斷。通過對設備缺陷的閉環管理，開展狀態檢修，可有效地避免設備從初始發熱狀態到故障狀態演變過程中突發事故的發生，以確保電網和設備的安全運行，保障安全效益與社會效益，因而研究該技術具有重要的現實意義。

1.紅外診斷技術理論基礎

1.1紅外熱像儀的工作原理

紅外熱像儀的工作原理是利用紅外探測器、光學成像物鏡和光機掃描系統，接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形，反映到紅外探測器的光敏元件上，通過光機掃描機構對被測物體的紅外熱像進行掃描，并聚焦在分光探測器上，由探測器將紅外輻射能轉換成電信號，再經放大處理、轉換到監測器，顯示紅外熱像圖。如圖1所示。

圖1紅外熱像儀原理示意圖

紅外熱像儀適用于工業領域各類設備的檢測，是通過紅外光學系統、紅外探測器及電子處理系統，將物體表面紅外輻射轉換成可見圖像的設備。它具有測溫功能，具備定量繪出物體表面溫度分布的特點，將灰度圖像進行偽彩色編碼。

1.2故障的定位、定性與起因判別

線路中的過熱接頭、不良連接件及劣化、污穢絕緣子等故障，通過回放錄制的線路熱像進行查找。線路連接件出現連接故障時，其熱像總顯得特別亮，并且都處于導線上。發現這種情況時，應利用錄像機慢放功能仔細核實確定。有時導線上也可能出現虛假故障點，但在這種情況下可通過觀察虛假故障點與導線熱像在顯示器上是否相對移動來鑒別[1]。

關于電氣設備內部故障定位、定性和起因判斷，目前主要根據設備表面溫度分布的熱像特征，并結合設備內部結構與傳熱學分析、模擬試驗及解體驗證取得的經驗規律進行分析判別。例如，某變壓器220kV側B相套管將軍帽過熱，通過紅外檢測，檢出該變壓器220kV側各相套管將軍帽的溫度相差很大，從熱像分析看出套管外部各裸露連接點連接良好，沒有局部過熱現象，因此判定故障在套管內部，其中A相溫度為34.7℃，B相溫度為86.4℃，C相溫度為35℃，環境參照體溫度為33.5℃，通過計算相對溫差為97.7%，根據相對溫差判據診斷B相套管內部存在緊急故障，建議停電檢修。解體檢修時發現B相套管穿線引線及穿纜頭的焊接質量粗糙，有嚴重的脫焊現象，造成B相套管內部過熱。

2.輸變電設備的紅外診斷

2.1變電站紅外診斷策略

（1）進行變電站紅外診斷，應先站到視野開闊的地方拍攝，看整個設備區有多少發熱點，清楚設備發熱點大概的部位，然后逐一尋找發熱點，以免遺漏。紅外診斷的設備要全面到位，診斷率應達到100%。

（2）有目的地進行紅外診斷，運行監督為狀態檢修服務。例如，在安排設備集中檢修之前進行診斷，將缺陷部位的紅外熱像及時、準確地提供給檢修人員，可減輕檢修人員無效作業的工作量。檢修完畢再進行一次紅外診斷，檢驗設備檢修質量，形成設備缺陷的閉環管理。

（3）把握良好的紅外診斷時機，講究紅外診斷效率。現場要排除外部環境對紅外熱像儀的干擾，例如陽光、燈光、不銹鋼設備標牌、加熱器、電抗器電磁的干擾等。紅外診斷最好在晚上或陰天進行，因為在太陽下進行診斷效果很差。夏季的夜晚，要等到設備所吸收太陽光的熱量散發掉、空氣溫度降低后再進行診斷。

（4）圖譜分析與多項技術會診。紅外診斷靠影像與顯示的發熱溫度以及典型的圖譜，來判斷設備缺陷部位和性質。圖譜分析結論客觀、準確，是電力設備狀態監測的優良手段。紅外熱像發現設備缺陷后，應進行設備缺陷原因分析，特別是紅外診斷發現電壓致熱型設備運行異常，應根據紅外熱像提供的設備整體熱場分布，結合高壓試驗、油化驗、色譜分析技術進行排查。用高壓試驗數據與紅外熱像顯示的溫度數據對比，判斷設備內部異常的性質會更準確[2]。

2.2變壓器重點部位紅外診斷

變壓器是輸變電設備中的關鍵設備，掌握變壓器各部位發熱缺陷的診斷判別方法，通過變壓器各部位發熱缺陷紅外圖譜特征的識別與分析，預防變壓器的常見性與潛伏性故障，是紅外診斷技術研究的重要課題。變壓器正常運行時紅外熱像如圖2所示。

圖2變壓器正常運行時紅外熱像

變壓器紅外診斷重點部位包括：套管內部介質損耗異常、變壓器在運行中因振動或安裝質量不良、變壓器金屬外殼各部位內部漏磁通產生的渦流損耗引起箱體或部分連接螺桿發熱等。

在使用紅外診斷時需要注意：應從四周各方向將變壓器間隔設備重點部位全面掃描到位，發現有異常后，再有針對性地近距離對異常部位進行“精確紅外診斷”；對變壓器導電回路的外部連接部分進行紅外診斷時，采用“表面溫度判斷法”；在雨霧天氣特殊環境下對套管絕緣子污穢的紅外診斷，一要采集污穢絕緣子放電熱區的紅外熱像，二要采集正常絕緣子紅外熱像，進行對比后，準確進行溫差計算。

3.提高紅外診斷技術準確性的方法

3.1熱像特征法

所有電氣設備在正常情況下都有相應的正常穩定溫升或表面熱分布，其紅外熱像就是該設備在正常運行狀態下的特征紅外圖譜。對于同型號和運行條件相同的設備，在無任何內外部故障時特征紅外圖譜基本相同。當電氣設備出現內部或外部故障時，則故障經內部構件和介質進行熱傳遞，或通過其他形式進行熱交換，改變設備表面故障部位的穩定溫升或溫度分布。因此，通過辨認現場攝制的設備紅外熱像圖，只要發現熱像特征存在異常變化，均可判定設備內部已出現故障，并根據熱場分布變化的特點及溫升值的大小，還可以對內部故障的屬性、故障位置及嚴重程度作出準確的診斷。例如，在瓷瓶串熱像中，一旦出現缺口似的熱像，則表明相應位置的瓷瓶已成為零值絕緣子，而低值瓷瓶和污穢瓷瓶也可以通過熱像圖來區別進行鑒別[3]。

3.2相對溫差判別法

相對溫差就是兩個對應測量點之間的溫差與其中較熱點溫升之比的百分數，用表示，則：

其中和分別為發熱點的溫升和溫度；和為正常相對應點的溫升和溫度；為環境參照體的溫度。

從公式中可看出，對于設備中電流效應發熱的內外導流回路故障而言，相對溫差只決定于故障部位與正常部位接觸電阻的相對劣化程度，而與檢測時的負荷電流、環境溫度、檢測距離、風速、相對濕度及設備表面發射率等一系列影響因素無關。因此，用其來判定設備內外電氣連接故障時，既方便，又可減小因檢測條件和運行狀態影響帶來的誤差。但是，當用相對溫差來判定絕緣故障時，盡管相對溫差與運行電壓及絕緣介質損耗因數也無關，但因在這種情況下測溫相對誤差可能較大，所以也會給故障判斷（尤其是對故障嚴重程度的判定）帶來誤差。

4.結語

總的來說，紅外診斷技術對電力生產是十分合適、十分必要的。它可以準確判斷設備某些故障、有效降低維修費用、保障安全可靠供電。而對于那些發熱機理或傳導熱量途徑復雜的設備，還有待進行模擬試驗、現場檢測和大量熱圖譜的積累及圖象處理分析。還可以通過設備熱狀態的交化預知被泌設備的未來狀態，合理安排維修量和延長維修間隔，對電力設備運行，對電力生產設備的定期預防性維修都將發揮更大的作用。

參考文獻：

[1]田洋.淺談如何搞好輸變電設備的狀態檢修管理[J].中小企業管理與科技（下旬刊）.2013（02）

[2]周亮.電力系統繼電保護狀態檢修及評估[J].廣東科技.2013（06）

[3]陳昱同，何杰，閆杰.紅外診斷在電力設備狀態檢修中的應用[J].山西電力.2013（03）