电力设备缺陷红外检测方法及应用

电力设备缺陷红外检测方法及应用

岳喜稳丹增多吉

（国网西藏电力有限公司电力科学研究院西藏拉萨市850000）

摘要：近年来，我国电力设备检验技术越来越先进。电力设备状态检测是电力设备管理中的重要内容，主要是通过各种检测方法尽早发现电力设备故障的早期表现，并准确判断电力设备故障部位以及情节严重程度，从而确定设备检修方法。这一工作对于设备检测技术提出了较高的妖气。红外成像技术作为一种新兴技术，在电力设备运维工作中具有重要作用，该技术主要是以设备热量情况作为依据对状态运行状况进行判断，具有不停电、不接触、远程控制、高效快捷的优势。因此，文章主要针对红外成像技术在电力设备状态检测中的应用展开分析。

关键词：红外成像技术；电力设备；状态检测

引言

电力设备承载着高负荷的电力转送，其设备绝缘在电力转送过程中不仅受到电、热的直接影响，还会因使用时间不良环境等多种因素导致性能逐渐弱化，甚至是出现缺陷，一旦发生故障，将直接导致变电站无法正常工作。必须通过定期不定期的绝缘检测和诊断技术来更早的发现其中的故障，从而采取措施予以解决。随着社会的不断发展，生活用电和工业用电量日益增长，变力设备的负荷在不断增大，甚至有些城市或农村在夏季高温天气下采取局部断电的方式来缓解电力负荷。高负荷不可避免的带来了设备的发热，由此设备热缺陷导致的电力故障也在不断增加，要缓解高负荷的问题必须及时有效地发现设备的热缺陷，并第一时间采取解决措施，从而防止高负荷下因设备发热导致更大的电力故障，给修复带来巨大难度。红外热成像检测技术能够实现对电气设备的运行状态检测，从而第一时间知晓设备产生的热缺陷，进而促进电力设备的安全、有效、稳定运行。

1电力设备红外检测基本原理

电力设备在正常运行的过程中，因为电流和电压的影响，将会产生发热等问题，设备发热产生的温度与红外辐射出的能量成一定的函数关系，辐射出的能量通过该红外检测仪器可以将肉眼不可见的辐射能转变成可视的图像，通过镜头的作用聚焦在探测器上，探测器便生成电信号，该电信号经过放大且数字化转到红外热像仪的信号处理单元，最终转变成可以在显示器上可视的红外成像。电力设备造成发热的原因大致有三种：电阻损耗引起的发热、铁损引起的发热、介质损耗引起的发热。这三种因素的发热，在正常运行中的电气设备中也会存在，表现为正常的热分布。一旦当电气设备出现异常时，这些发热现象就会加剧或者出现分布异常的状况，其热分布图像也会与正常温度时不同，经验丰富的运维人员会很容易观察到。电力设备的发热故障问题，从红外检测的角度分析来看，大致能分为两种，即外部故障和内部故障。外部故障是指暴露在设备表面的各部位发生的故障。从该设备的热像图中可以很直接地看到是否存在热故障问题，进而再根据温度分布的成像即能准确地定位出故障位置及其严重程度。造成缺陷可能的原因有：不可抗外力下部件的连接松动；设备设计方面存在一定的不合理因素；恶劣环境污染和侵蚀，造成接头表面材料氧化；安装施工不严格，不符合工艺要求；长期运行引起弹簧老化等等。内部故障则是指封闭在油绝缘、固体绝缘及设备壳体内的种种缺陷。因为这种故障位置受到绝缘介质或设备壳体的阻挡，具有一定的隐蔽性，不容易被发现，故一般情况下很难像外部故障那样简单直接的获得缺陷信息。但是，可以依据电气设备的内部结构图，并根据传热学相关理论，经综合分析辐射、传导和对流三种热量交换的传热规律，再联系现场检测实例的统计分析，最后解体进行验证，也能够得出电气设备的内部缺陷在设备表面呈现出来的温度分布热像图，从而可以得出设备内部故障的性质、部位及严重程度的分析。例如，电力设备内部电气连接不良或触头接触不良；涡流损耗增大性故障；绝缘老化，开裂或脱落；电压分布不均匀或泄漏电流过大性故障；缺油故障；介质劣化损耗增加而发热等。

2红外检测判断方法

2.1表面温度判断法

主要适用于电流致热型和电磁效应引起发热的设备。根据测得的设备表面温度值，对照GB/T11022中高压开关设备和控制设备各种部件、材料及绝缘介质的温度和温升极限的有关规定，结合环境气候条件、负荷大小进行分析判断。

2.2图像特征判断法

主要适用于电压致热型设备。根据同类设备的正常状态和异常状态的热像图，判断设备是否正常。注意应尽量排除各种干扰因素对图像的影响，必要时结合电气试验或化学分析的结果，进行综合判断。

2.3同类比较判断法

根据同组三相设备、同相设备之间及同类设备之间对应部位的温差进行比较分析。对于电压致热型设备，应结合本标准的（3）条进行判断；对于电流致热型设备，应结合本标准的（4）条进行判断。

3红外成像技术在电力设备状态检测中的应用与价值

1995年美国FSI公司研发了第一代红外热像仪，其能够实现对目标设备的摄像，从而将采集到的信息传输到PC卡中，各种参数能够通过计算机实现修改和计算。红外成像技术在工业发达国家中得到了大力的推广。早在上个世纪九十年代的国际大电网会议中就对红外成像技术给予了较高的评价与肯定。红外成像技术在电力设备检测、维修与养护工作中具有重要作用，能够有效避免电力设备出现突发故障。根据笔者的工作经验分析，电力设备故障在出现前都会有一些先兆现象。电器元件在出现松动、破裂、锈蚀等迹象后，导致电阻升高，从而造成电气元件的温度提升，出现异常高温现象。使用红外成像仪能够直接观察到这些异常高温区域，从而观察到安全隐患的所在之处。目前热像仪在配电网络检查中主要观察对象是发电机组装置、输电线路接头、绝缘部位、变电站设备、变电器线圈以及、转换开关、电路分配中心、控制台等部位。在运维一体化管理的推动下，利用红外热像仪检测变电站，能够尽早发现安全隐患或故障，有助于保障配电网络的稳定性。在无人变电站，可以通过安装红外热成像监视探头对重点设备进行监控，并通过通信网络将热像图以及采集数据传输给管理中心，这也是现代无人变电站发展的主流方向。红外热成像监视器能够加入变电站在线监测系统、数字监控系统以及防火防盗系统中，能够通过对设备温度的实施采集与分析，避免重大事故的出现。在应用红外成像技术时，应当先对所有检测设备进行全面扫描，然后找出异常发热部位，对异常部位以及重要设备进行进一步检测，提取热谱图并使用相应的分析软件进行分析，确定故障的原因与性质，并得出处理建议，上传检测报告以及异常热谱图。

但是红外线的穿透能力也存在一定的不足，在一些封闭性较高的电力设备中的应用价值不高，例如GIS、开关柜、封闭母线等设备中无法获取完整的热谱图；且对于放置于电缆沟中的电缆也无法进行全面的诊断。若要实现对上述设备的良好诊断，就需要从检测技术以及电力设备两方面进行改进，对于全封闭的电力设备应当假装红外窗口，从而实现光及红外线的穿透，主要安装在金属外壳上，从而便于红外线检测。对于隐藏在精电缆沟中的电缆，可以通过红外光纤实现，利用红外光纤传像束与检测设备相连，实现对电缆沟中电缆的实时监测。

4红外检测的安全措施及注意事项

4.1对开关等设备的分合操作要严格控制

电力设备因自身的电气特性及静电等特点，一旦发生操作不规范等失误将很容易导致操作事故的发生，不仅会造成电力设备的故障及损坏，更易造成人员事故，因此必须严格进行电力设备的规范操作，在测温过程进行之前做好准备工作，不对任何无关电力设备进行操作，同时将有关的断路器远控操作进行切断。

4.2注重日常排查

在红外成像测温过程中常发生局部微小区域成像不明显的现象，但如果忽视这些不明显的成像区域容易造成局部故障被忽视的情况，因此要注重分析一些不太明显的表面成像，发现异常及时进行排查，同时注重一些设备典型温度数据和热图谱的数据库积累，这样能够更全面进行异常对比，从而找出发热成因，以进行具体问题的解决。

结语

红外成像检测是一种电气设备发热隐患检测的有效方法。有效开展红外成像检测，提高检测技术与管理水平，能够最大程度的减少过热崩烧事故，提高供电安全可靠性。

参考文献：

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[3]郭培恒，袁亚忠，李睿等.一种基于电平调节的红外成像检测方法研究与应用[J].电工文摘，2016，23（21）：10-13.