簡析紅外監測技術在電纜運行中的運用

謝新陽 王閃

簡析紅外監測技術在電纜運行中的運用

謝新陽 王閃

（國網河南省電力公司南陽供電公司 河南南陽 473000）

紅外監測技術的應用，可以實時對電纜運行情況進行在線監測、診斷，以免因電纜發生故障而造成大面積停電或者其他安全事故。本文將對紅外檢測技術特點進行分析，并在此基礎上就如何在電纜運行過程中采用紅外監測技術，談一下個人的觀點和認識，僅供參考。

電纜；紅外監測；技術應用；研究

在電纜運行過程中，溫度出現異常多因故障問題所造成的，電力電纜絕緣處劣化造成介質嚴重損耗，進而影響絕緣效果，甚至在運行電壓下會出現發熱擊穿現象。實踐中可以看到，部分電氣設備可能會因故障問題的發生而導致電壓分布改變，該種情況下依然會造成設備運行溫度分布出現異常現象。無論哪種故障問題，都是根據具體部位溫度征兆做出的判斷，通過對設備狀態變化進行監測，可以有效診斷出設備故障，這是紅外監測技術應用的基礎。

1 紅外監測技術特點分析

實踐中，采用紅外技術對電力電纜進行非接觸式監測，并且利用紅外圖譜對溫度分布情況進行反映，然后利用專業的軟件顯示和分析任一點或者一線溫度數值，診斷其內外缺陷。需要強調的是，紅外圖譜無法對低值絕緣紙進行測試，對外殼被金屬所包裹部位，比如電纜接頭、GIS終端等，不起作用。對于紅外測溫技術而言，較之于傳統測溫方式，可在一定距離范圍內定量、實時以及在線監測發熱位置的溫度，掃描后繪制溫度梯度熱像圖。紅外監測技術和方法，注意有以下幾種，即表面溫判法、相對溫差法、同類比較法以及熱譜圖和檔案分析法。其中，第一種監測方法是利用儀器設備，直接測量值對交流高壓電器在長期工作時的發熱標準，并且根據最高溫升值規定做出判斷；其他幾種方法和技術手段，均為基于比較的措施。對電纜運行情況采取紅外測溫措施，主要是采用比較法進行判斷，比較對象可為同張圖譜內的溫度正常相或者檔案圖譜溫度記錄。在比較歷史數據時，主要是參考對象有環境溫度、拍攝條件以及負荷數據等。

2 電纜發熱源

2.1 電流致熱

根據焦耳定律，電流經過電阻會產生一定的熱能，即因電流效應而發熱，其功率表達式：

式中：P、I、R以及Kf分別代表的是發熱功率、電流強度以及直流電阻和附加損耗數。

對于發熱功率而言，通過上式可知，它與電流平方之間是正比例關系。若電纜樁頭與連接點之間的連接不緊密，則發熱量會隨輸送電流的不斷增大而增加，其紅外圖譜中所顯示的發熱現象主要表現為點狀溫升，如圖1所示。

圖1 電流致熱示意圖

如圖1所示，經長期服役，電纜樁頭與其他設備連接點可能會出現接觸不良，進而出現過熱現象，紅外圖譜中所顯示的電纜樁頭連接位置溫度升高比較明顯，而且長時間的運行會導致接觸電阻不斷增大，進而出現連接位置碳化現象。

2.2 電壓致熱

在電壓作用下，導致電力設備發熱。值得一提的是，介質損耗也是一種可以造成電纜線路發熱的誘因，介質損耗、電壓平方之間成正比例關系。在高壓以及超高壓連接松動造成發熱運行電纜線路中，這種缺陷最為典型。電纜終端以及接頭位置，若局部介質損耗角正切偏大，則會造成局部溫度升高。絕緣介質因交變電場影響，導致其極化方向發生變化，進行造成電能消耗、發熱，如圖2所示。

圖2 電壓致熱示意圖

從實踐來看，電壓致熱的隱蔽性非常的強，而且危害后果也比較嚴重。較之于電流致熱，電壓致熱的發熱點溫度升高可能并不明顯，但其潛在危害性不可小覷。比如，絕緣內部缺陷非常嚴重，如果系統允許，則建議立即停電，消除之。

3 常用的紅外監測技術和方法

3.1 表面溫判法

以監測的溫度值為基礎，對比《帶電設備紅外診斷技術應用導則》，如果溫度超標，則可根據超標程度進行判斷。比如，某電纜線路桿上的B相樁頭過熱，表面溫度達到了120℃。

此電纜線路的終端手槍夾頭連接位置，長時間的裸露在空氣中，金屬表面因嚴重的氧化而導致接觸電阻增加，進而造成樁頭發熱。

3.2 相對溫差法

針對電流致熱型問題，如果發現電纜導流熱態出現異常，則對其準確測溫，并且按照[（T1-T2）÷（T1-T0）]×100%這一公式，對相對溫差值進行計算。其中，T1、T2以及T0，分別代表發熱點溫度、正常相溫度以及環境參照體溫度。若可以改變負荷率，則在負荷電流相對較大時復測之，以此來確定電纜缺陷；無法復測時，暫定為普通缺陷，注意監測和監視。比如，某C相樁頭發熱終端的A相、B相以及C相和環境溫度分別為22.3℃、22.2℃以及114℃和21.3℃，按照[（T1-T2）÷（T1-T0）]×100%計算，相對溫差99.0%，大于95%。次電纜全長共計86.6m，而且端設備線夾、本體線芯之間的連接位置難以緊密接觸，因松動而導致接觸電阻增大、樁頭發熱。

3.3 同比法

在相同的電氣回路之中，如果三相電流對稱設備一致，則比較兩相或者三相電流致熱裝置的溫度，以此來判斷設備是否正常。若三相設備出現同時異常現象，則可與同類設備進行對比。如果三相負荷電流不對稱，則建議考慮是否負荷電流對其產生了影響。如果電壓致熱設備的型號相同，則可根據對應位置的溫升值差異對設備運行情況進行判斷。電壓致熱設備，可用同類允許溫差的確定依據進行判斷。通常情況下，同類溫度超標30%，就可視為重大缺陷。如果三相電壓不對稱，則建議考慮電壓影響。比如，某線路全長共計6068m，在實際運行過程中，中間位置的3M繞包接頭出現發熱現象，此時的環境溫度、A相接頭位置的溫度以及B相和C相接頭的溫度分別為30℃、36℃以及35℃和32℃。該線路的主要缺陷在于電壓發熱，即中間接頭位置的屏蔽線接觸有問題，而且存在著電位差，以致于該連接位置出現發熱現象。

除以上三種常用的技術方法，還有熱譜圖和檔案分析等方法。其中，前者是根據同類裝置在正常、異常兩種狀態下的熱譜圖對其進行判斷；檔案分析法，則主要是根據不同時期設備運行狀態下的數據、熱圖進行分析，從中找出設備運行的參數變化速率、趨勢，進而做出判斷。

4 結束語

總而言之，基于電纜熱像圖的分析，可以使測試、檢修人員更加清晰的看出溫度分布情況、具體發熱位置，從而更加準確的判斷出電纜運行故障問題。實踐中，我們可以采用紅外監測技術手段，對電纜線路運行情況進行實時監測，從而為檢修人員提供參考依據。采用該種先進的技術手段，有效確保了電纜安全運行，并且大幅度減少了故障發生率，這對保證電纜運行安全可靠性，起到了非常重要的作用。

[1]戴 鋒.35kV電纜紅外測溫故障分析及防范措施[J].技術與市場，2016（07）.

[2]許磊磊.電纜設備發熱分析及紅外技術的應用研究[J].中國新技術新產品，2015（01）.

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2016-10-9