220 kV變電站紅外帶電檢測技術研究及應用

摘 要：文章主要介紹了紅外帶電檢測技術原理，鑒于紅外帶電檢測技術在變電設備發熱缺陷診斷方面的優勢明顯，應將其充分應用在電力系統中，從而及時發現故障設備。

關鍵詞：紅外帶電檢測技術;缺陷診斷;電力系統

0? 引言

隨著電壓等級的提高，設備絕緣距離加大，在更高電壓、更遠距離的設備上，紅外測溫的優勢逐漸凸顯，目前已被廣泛地應用在變電設備和輸電線路的日常巡檢和故障分析之中。

1 紅外帶電檢測技術原理

紅外線輻射是一種最常見的電磁波輻射，自然界物體的溫度高于絕對零度時，就會向外輻射紅外線，這些紅外線能反映物體的溫度特征信息，這就為利用紅外技術探測物體實際溫度提供了理論基礎[1]。

黑體是一個理想的輻射體，具有吸收、輻射、反射、穿透紅外輻射的能力。紅外測溫儀是經黑體標定后，通過測量被測物體紅外輻射能量，從而確定被測物體溫度。電力設備正常運行時，在電流、電壓的作用下就會產生并釋放熱量，這些熱量可能來自各個方面，比如電阻損耗、介質損耗、鐵損等。

2 電氣設備故障發熱機理

2.1 電氣設備外部故障

電氣設備在環境溫度的影響下，可能出現熱脹冷縮，導致電氣設備連接部位出現故障[2]，在雨雪天氣下，可能出現受潮、短路等現象。在攜帶有害氣體和酸、堿、鹽等粒子的環境下，可能使接頭發生化學反應。長期運行也可能導致電氣設備老化、損壞。具體表現為避雷器受潮或并聯電阻老化、線路絕緣子劣化或積污嚴重、電壓分布異常和泄漏電流增大故障等方面。

2.2 電氣設備內部導流回路故障

電氣設備如果安裝工藝不精湛、驗收不到位，那么就有可能出現接頭部位連接不良的情況，比如定子繞組線棒接頭焊接不良、電流互感器大螺桿接頭連接不良、變壓器套管內部引線連接不良等，可能會在電氣設備內部產生導流回路故障。

2.3 鐵磁損耗或渦流故障

很多電氣設備內部都含有大量的繞組線圈或是磁路，如果出現定子鐵芯過熱，變壓器、互感器鐵芯間短路，電流互感器二次繞組回路阻抗過大等情況，那么就可能導致電氣設備內部溫度升高，嚴重時，還可能導致電氣設備整體溫度升高。

2.4 電氣設備內部絕緣故障

電氣設備如果出現定子繞組主絕緣劣化、脫殼與擊穿，變壓器套管或避雷器進水受潮，設備絕緣老化、變形等故障，那么就可能會在電氣設備內部產生放電現象，從而導致電氣設備發熱，或者使其絕緣性能大大降低，直接威脅到電氣設備正常運行。

2.5 油浸式設備缺油故障

變電站內含有很多油浸式設備，這些電氣設備內部裝的油具有良好的絕緣性能，包圍著電氣設備的部件。一旦出現變壓器套管、電流互感器等漏油情況，就會引起這些電氣設備部件表面溫度異常升高，從而導致電氣設備發熱。

3 變電設備紅外診斷管理規范

3.1 現場操作方法

日常紅外測溫分為一般檢測和精確檢測兩種，操作人員應熟悉現場操作方法，對電氣設備進行正確測溫[3]。一般檢測和精確檢測現場操作方法如下。

一般檢測時：首先，校準儀器，進行大面積檢測;其次調整設備參數，發射率一般選為0.9;再次，遠距離對所有被測設備進行全面掃描;最后，調整畫面，以彩色顯示方式為佳，使圖像具有清晰的溫度層次顯示。

精確檢測時：首先，使被測設備充滿紅外測溫儀整個畫面，不宜太小，也不宜過大;其次，選取最佳站位，能將電氣設備三相保存在一個畫面中就只保存一張測溫圖片;再次，考慮溫濕度、距離等影響，并選取合適的測溫范圍;最后，詳細記錄負荷電流、額定電流、電壓等參數。

3.2 紅外檢測周期

220 kV變電站紅外檢測每年不少于兩次，大負荷前、停電檢修及預試前還應適當增加檢測次數[4]。對于新建、改擴建或大修后設備或線路，投運帶負荷24 h后至1個月內至少進行1次紅外檢測;對變壓器、斷路器、避雷器、CT、PT、電纜接頭等進行精確檢測時，應做好紅外圖譜庫并存檔。

3.3 判斷方法

判斷方法主要有4種，具體如下：

（1）表面溫度判斷法。溫度或溫升超標，根據超標程度、負荷率大小、設備重要性等確定設備缺陷性質。

（2）同類比較判斷法。對三相、同相或同類設備之間對應部位溫差比較分析，電壓致熱型設備利用圖像特征進行判斷，電流致熱型利用相對溫差法進行判斷。

（3）檔案分析判斷法。對同一設備不同時期的溫度場分布進行分析判斷。

（4）實時分析判斷法。通過一段時間內連續檢測某設備，觀察設備溫度隨負載、時間等的變化情況。

3.4 缺陷處理方法

如果電氣設備出現一定溫差、溫度場有一定梯度，電氣設備還可以繼續運行，不會引起事故時，應做好記錄、觀察、利用停電進行檢修或有計劃地安排檢修[5]。

如果電氣設備出現過熱程度嚴重、溫度場分布梯度較大、溫差較大等需要盡快處理的情況時，應加強對電流致熱型設備的監測，或降低負荷電流，對于電壓致熱型設備還應及時告知檢修，通知檢修復測，性質確定后立即消缺。

如果電氣設備出現最高溫度超過國標規定的最高允許溫度等需要立即處理的情況時，應立即采取降低電氣設備負荷或退出運行，立即進行消缺。

4 紅外帶電檢測診斷實例

本文通過利用天鉑紅外熱像儀對電氣設備進行紅外測溫，并利用相關功能軟件進行圖譜分析。根據紅外熱圖像參數信息確定設備故障屬性、所處位置以及影響情況。

4.1 案例概況

某220 kV變電站在進行紅外精確測溫過程中，發現位于220 kV Ⅲ段母線CVT頂部西側耐張絕緣子串A相（由西往東第三節）發熱，靠導線側第3個絕緣子瓷瓶金屬碗頭32.9 ℃，與同串其他絕緣子29.1 ℃，溫差3.8 K。

4.2 檢測過程

發熱絕緣子是70 kN白色雙傘交流盤形懸式瓷瓶絕緣子，型號為（XWP-70），該變電站紅外測溫參數如表1所示。

根據《國家電網公司變電檢測通用管理規定第1分冊紅外熱像檢測細則》，電壓致熱性設備缺陷診斷判據為設備類別和部位：瓷絕緣子。熱像特征：以鐵帽為發熱中心的熱像圖（見圖1）其比正常絕緣子溫度高。故障特征：低值絕緣子發熱。

檢測分析：220 kV Ⅲ段母線CVT頂部西側耐張絕緣子A相（由西往東第三節）溫差為3.8 K，屬于電壓致熱型嚴重缺陷，初步判斷絕緣子發熱節段可能受損劣化，從而引起發熱。

4.3 案例總結

零值絕緣子是架空線路絕緣子串兩端電位差為零的絕緣片，絕緣電阻在500 MΩ以下的絕緣子稱為劣化絕緣子。該絕緣子發熱是典型線路絕緣子串低值或者零值造成發熱，原因為絕緣子表面劣化或絕緣子內部有裂紋。

5 結語

總之，紅外帶電檢測技術能有效地發現電氣設備故障，是實現電氣設備狀態檢修的必要手段之一，所以，日常運行維護工作中要積極開展紅外帶電檢測。

[參考文獻]

[1]劉鴻斌，劉連睿，劉少宇.輸變電設備帶電檢測技術在華北電網有限公司的應用：2009年全國輸變電設備狀態檢修技術交流研討會論文集[C].北京：北京圖書館出版社，2009.

[2]李德剛.紅外診斷技術在電氣設備狀態檢測中的研究與應用[D].濟南：山東大學，2010.

[3]沈長德，黃強，應飛紅.外測溫技術在電力系統消除缺陷中的應用[J].科技創新導報，2010（24）：101-102.

[4]張勇，王建民，聞麗婷.紅外檢測技術在輸變電設備故障診斷中的應用[J].科技與創新，2014（8）：1-3.

[5]陳豪，陳原，趙雪松，等.紅外測溫技術在復合絕緣子檢測中的應用[J].電力設備，2006（9）：42-43.

（編輯 王雪芬）

Research and application of infrared live detection technology of 220 kV substation

Luo Licai

（Xiamen Electric Power Engineering Group Co.， Ltd.， Xiamen 361000， China）

Abstract：This paper mainly introduces the principle of infrared live detection technology. Given the obvious advantages of infrared live detection technology in the diagnosis of heating defects， it should be fully applied in the power system to find the fault equipment in time.

Key words：infrared live detection technology; defect diagnosis; electric power system

作者簡介：羅禮財（1985— ），男，福建廈門人，電力電氣中級工程師，本科;研究方向：變電運行維護。