紅外成像技術在電氣設備中的應用

張正++張紅濤

摘 要：本文簡要介紹了電氣設備內、外部發熱故障的原因，通過實例說明了紅外熱成像技術在判斷電氣設備內、外部缺陷中的具體運用。

關鍵詞：紅外；發熱；故障

中圖分類號：TM764 文獻標識碼：A

0.前言

電氣設備正常運行時，導電回路、絕緣介質均存在正常的發熱。當設備存在接觸不良缺陷或發生短路故障時，電氣設備外部與內部的各種部件會產生不同的、超過設計標準的熱效應，引起局部溫度升高，導致設備被迫停運檢修，甚至可能導致設備損壞等。

1.電氣設備發熱故障類型及原因

電氣設備發熱故障可分為外部發熱故障和內部發熱故障兩類。

（1）外部發熱故障：外部發熱故障是指電氣設備中由于長時間暴露在空氣中的裸露電氣接頭因為接觸不良而引起的熱故障。它的發熱特征是以局部過熱的形態向其周圍輻射紅外線，其紅外熱像呈現出以故障點為中心的熱場分布。所以，從設備的熱成像圖中可以直觀地判斷設備是否存在熱故障，以及故障的嚴重程度。最常見的外部發熱故障為隔離開關的觸頭發熱及導線線夾接觸不良引起的發熱。

（2）內部發熱故障：內部發熱故障是指電氣設備內部由于電氣回路故障、固體絕緣、油絕緣介質劣化引起的熱故障。它的發熱特征是過程一般較長，且比較穩定。由于各種電氣設備的內部結構和運行狀態各不相同，其發熱機制和表現形式也不一樣，因此電氣設備內部發熱故障不像外部發熱故障那樣可以直觀地從紅外熱成像圖中進行判斷，而是需要結合現場的各項試驗，綜合分析才能判斷內部故障的類型。

電氣設備過熱故障原因有以下幾點：

①長期受環境溫度變化、污穢覆蓋、有害氣體腐蝕、風雨雪霧等自然力的作用，導致絕緣介質老化。

②人為設計、施工不當等因素，均會造成設備連接件接觸電阻增大，接觸不良造成發熱。

③電壓致熱型設備是由于設備絕緣介質老化、受潮后，其絕緣介質損耗增大，導致介質損耗發熱功率增大，發熱功率P=U2ωctgδ。運行中常見的有氧化鋅避雷器內部受潮引起的發熱。

④設備內部缺油時也會產生熱效應。

2.紅外成像檢測技術

紅外熱像儀能夠探測到上述電氣設備內、外部發熱故障。通過接收物體發出的紅外線在顯示屏上繪出設備運行中的溫度梯度熱像圖，揭示出如導線接頭或線夾發熱，以及電氣設備中的局部過熱點等，能夠將探測到的熱量精確量化，對發熱的故障區域進行準確識別和細致地分析，從而可以有效防止電力設備故障和計劃外停電事故的發生。

3.紅外熱成像儀常用檢測分析方法

（1）表面溫度判斷法。通過紅外熱像儀可以測得電氣設備表面溫度值，對照《交流高壓電器在長期工作時的發熱》（GB763-90）的相關規定進行判斷。這種方法可以判定部分設備的故障情況，但還沒能充分表現出紅外診斷技術可超前診斷的優越性。

（2）相對溫差判斷法。相對溫差是指兩個相應測點之間的溫差與其中較熱點的溫升之比的百分數。現場實際工作中往往會遇到環境溫度低，負荷電流小，設備的溫度值沒有超過規定的情況，運用“表面溫度判斷法”并不能完全確認該設備沒有熱缺陷存在，這就需要用“相對溫差判斷法”進行判斷。“相對溫差判斷法”主要用于判斷電流致熱型設備是否存在熱缺陷。

（3）同類比較法。其是指在同類型設備和同一設備的三相之間進行比較，也就是常說的“縱向比較”和“橫向比較”。具體做法就是比較紅外熱成像圖中同類型設備對應部位的溫升值來判斷設備是否正常。對于同類型的電壓致熱型設備，可根據其對應點溫升值的差異來判斷設備是否正常。

（4）熱圖譜分析法。通過分析同類型設備在正常狀態和異常狀態下的紅外熱成像圖譜的差異來判斷設備是否存在熱缺陷。

（5）檔案分析法。就是建立設備在不同時期的紅外熱成像圖譜檔案，結合設備運行狀況、負荷率的大小、溫升等因素，分析判斷設備是否存在熱缺陷。

4.外部發熱故障應用實例

變電設備外部發熱常見的主要是隔離開關觸頭、設備線夾及其他連接部件的發熱，可以根據上述5種常用檢測分析方法進行綜合分析判斷。外部發熱故障的實例很多，本文不再具體列舉。

5.內部發熱故障應用實例

（1）氧化鋅避雷器內部受潮故障

運行人員在對設備進行例行紅外成像測溫時，發現某110kV線路A相避雷器最高為29.6℃，而B相最高溫度為23℃，C相最高溫度為23.3℃。現場檢查發現A相避雷器在線監測裝置指針已打滿格。帶電測試發現A相避雷器阻性電流和全電流偏大，停電試驗發現A相避雷器在75%U1mA電壓下泄漏電流明顯增大，達169μA，而B、C相試驗結果分別為18μA、16μA，判斷為A相避雷器內部受潮，解體發現避雷器內部閥片受潮。

（2）電流互感器內部缺油故障

某供電公司110kV電流互感器B相運行中因長期滲漏油引起缺油。運行人員在用紅外成像儀進行紅外測溫時，發現110kV某電流互感器B相（最高溫度38.1℃）整體溫度較A、C兩相（30.2℃）明顯偏高。

停電做高壓試驗和油色譜分析，發現B相CT介質損耗已達7.313%，嚴重超出《輸變電設備狀態檢修試驗規程》中規定的互感器介損注意值1%。B相互感器油微水含量達43mg/L，超出《輸變電設備狀態檢修試驗規程》中規定的35mg/L的注意值。根據紅外成像檢測結果，結合高壓試驗結果和油微水分析，判斷B相電流互感器因滲油造成內部受潮，絕緣強度降低，導致發熱。

結語

紅外熱成像技術能夠準確有效地診斷出電氣設備外部發熱故障，清楚顯示電氣設備熱缺陷部位和嚴重程度，該技術與傳統的高壓試驗、油色譜分析技術相結合是診斷電氣設備內部發熱故障的重要檢測手段。

參考文獻

[1]胡紅光.電力設備紅外診斷技術與應用[M].北京：中國電力出版社，2012.

[2] DL/T 664-1999，帶電設備紅外診斷技術應用導則[S].