紅外診斷在電力系統中的應用

覃財

摘要： 本文結合紅外技術的發展和應用，介紹了其基礎理論，闡述了紅外診斷在電力系統的應用情況，介紹了運用紅外診斷手段發現的幾處設備缺陷。

Abstract： Combined with the development and application of infrared technology， this paper introduces its basic theory， expounds the application of infrared diagnosis in power system and introduces several equipment defects discovered by infrared diagnosis.

關鍵詞： 紅外診斷；應用；電力系統

Key words： infrared diagnosis；application；power system

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）08-0128-02

0 引言

電力設備常常是高電壓、高負荷的運轉，有些設備和線路需要在日曬、雨淋和潮濕的環境中長期運行，線材、設備極易老化或出現許多缺陷，若發現不及時，就有可能引發電力事故。為了確保電力設備安全、穩定地運行，減少電力事故，應該積極開展設備故障檢測和故障診斷，紅外診斷是先進方法之一。

紅外診斷技術能夠準確預測電氣設備的早期故障和缺陷，這種預知狀態的檢修模式革新了以預防性試驗維修為主的傳統設備檢修方法，逐漸成為電力企業現代化發展趨勢。該技術能夠在不取樣、不解體、不接觸的條件下，實現對設備狀態的遠距離監測與檢修，并且故障識別與診斷效率較快，準確度高。這項技術在電力設備檢修與維護工作中的應用，能夠大幅度降低供電設備的檢修與維護成本，對提高供送電的可靠性和經濟性大有裨益。

紅外成像檢測技術能夠在不接觸設備的前提下，對運行中的設備進行檢測，并拍攝記錄該設備溫度場的分布圖，測量目標部位的溫度值，根據測得的數據、資料進行故障識別和故障診斷。紅外成像檢測技術具有實時遙測和定量測溫的功能，可用在發電廠、變電站和各類電線的故障檢測中。

1 紅外診斷在電力系統中的檢測范圍

依照國家經貿委在1999年批準發布的DL/T664-1999《帶電設備紅外診斷技術應用導則》，在設備帶電狀態下，對電氣設備進行紅外測溫方式進行診斷，及時發現導流回路連接故障、電氣設備絕緣故障、磁回路漏磁或絕緣局部短路引起局部環流或渦流發熱、絕緣瓷瓶故障而導致設備運行中溫度或溫度分布異常，這項工作稱為“帶電設備紅外診斷”。

1.1 變（配）電設備的檢修 正常運行變（配）電設備的檢測遵循檢修和預試前普查、高溫高負荷等情況下的特殊巡視相結合的原則。220kV及以上交（直）變電站的檢修頻率是2次/年，建議在大負荷前檢測一次，停電檢修及預試前再檢測一次，這樣可在檢修中針對檢測出的缺陷進行集中處理，從而減少停電次數。

110kV及以下重要變（配）電站每年至少檢修一次。

有的電力設備長期在惡劣的環境中作業，老化程度較嚴重，有的甚至帶病運行，當其高負荷運行時，或者改變運行方式導致工作負荷增大時，應該增加檢測次數，密切關注設備的運行狀態，以防發生故障。

工作電壓超過220kV的變壓器、套管、避雷器、電容式電壓互感器、電流互感器、電纜頭等設備均屬于電壓致熱型設備，絕緣不良容易導致器件發熱，因此必須對這類設備進行一次性精確檢測，詳盡記錄各部分的溫度參數，如有特殊要求，還應該將這些溫度參數或測試圖像錄入紅外數據庫以備后用。

1.2 輸電線路檢測 在大負荷前通常要檢測輸電線路的運行狀態。對正常運行的500kV及以上架空線路和重要的220kV架空線路接續金具，一年至少檢測一次，其它線路兩年一次。新線路或大修后的線路，在投運24h到30天以內，至少檢測一次。有條件的單位也可以安排經驗豐富的師傅檢修線路上的瓷絕緣子及合成絕緣子。

對正常運行的電纜線路設備，主要是電纜終端，110kV及以上每年不少于兩次；35kV及以下電纜每年至少一次。

對重負荷線路，運行環境差時應適當縮短檢測周期；重大事件、重大節日、重要負荷及其設備負荷突然增加等特殊情況應增加檢測次數。

1.3 旋轉電機的檢測 旋轉電機運行中的檢測主要包過碳刷及出線母線的檢測，可每年一次，或在機組檢修前檢測。

進行定子鐵芯損耗試驗時，應使用紅外熱像儀進行溫度分布測量。

必要時可利用紅外熱像儀進行定子繞組接頭的開焊、斷股缺陷的查找，以及用于線棒通流試驗的檢查。

2 引起故障原因分析

電力設備一般分為電壓致熱型設備、電流致熱型設備和綜合致熱型設備。根據設備類型分析故障原因，總結出表1所示的分析結果。

3 故障判斷方法

3.1 表面溫度判斷法 電流致熱型設備和電磁效應引起設備過熱，可根據表面溫度的檢測值進行故障識別和故障診斷。具體方法是把測得的表面溫度，與GB/T 11022中高壓開關設備和控制設備各種部件、材料及絕緣介質的溫度和溫升極限的標準值進行對比，再結合設備的工作負荷和運行環境綜合診斷故障類型及故障成因。

從紅外圖像（如圖1）中可以看出，封母于B相主變鏈接出明顯存在過溫，且已經達到嚴重缺陷的程度。停機處理時，發現#3主變B相封母內部有大量集水，處理后溫度正常，由于應用紅外診斷技術，及時發現缺陷，避免故障擴大，未造成機組非計劃停運。

從熱像分析，如圖2，以導線為中心的熱像，熱點明顯，可以看出鏈接點明顯過溫（溫差為50K），存在接觸不良等缺陷。

3.2 比較判斷法

根據同組三相設備、同相設備之間及同類設備之間對應部位的溫差進行分析判斷。對于電壓致熱型設備，根據同類設備的正常狀態和異常狀態的紅外圖像，分析該設備有無故障或缺陷點。

這種溫差比較判斷法在低負荷電流致熱型設備的缺陷檢測中，能夠得到較準確的結果。對于一些重要地方，但發現缺陷時，也可在一段時間內使用紅外熱像儀，連續監測某被測部位，觀察溫度與工作負荷和運行時間之間的變化進行故障診斷的方法。

圖3中，A相TA出線鏈接處，熱點明顯，溫度明顯高于B、C兩相，鏈接點明顯過溫（溫差為23K），存在接觸不良等缺陷。

4 缺陷類型的確定及處理方法

按照設備缺陷管理制度中規定的工作流程和技術要求，集中處理通過紅外檢測查出的過熱缺陷。根據設備缺陷的嚴重程度，可將設備缺陷分為一般缺陷、嚴重缺陷和危機缺陷三類，應該針對不同的故障采取相應的整治措施，以滿足安全性、穩定性和經濟性的運行要求。處理措施詳見表2。

5 結論

電力系統采用紅外熱像儀對電力設備進行故障檢測，實踐證明是非常有效的，也是十分必要的。熱像儀顯示的熱圖像清晰、直觀，測得的溫度數據準確。紅外診斷技術可以在不影響設備運行情況下，準確地判斷電力系統的許多過熱隱患，以幫助安全運行，大大降低故障率，有效防止設備損壞，造成電網系統癱瘓，造成大面積停電。

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