红外热成像技术在电力设备状态检修中的应用郭延超

红外热成像技术在电力设备状态检修中的应用郭延超

郭延超

郭延超

山东省德州市夏津县夏津县热电有限公司山东德州253200

摘要：借助红外热成像技术就可以实现对电力设备的带电检修操作，该技术可以很好地检测出电力设备内部的绝缘介质温度高低，以及电力设备在实际运行中是否存在问题故障，或是设备缺陷等，对于发现的问题可以采取及时的修正措施，避免造成对电力设备运行稳定性的更大影响，维护设备的正常运转，为用户提供可靠安全的供电需求。

关键词：红外热成像;电力设备;状态检修；应用

引言

随着社会经济水平的进步，我国电力事业得以飞速发展，社会和人民群众对于电力的要求日益增长，确保电力设备平稳运行成为当前电力企业重要的发展目标。电力系统中，设备种类呈现出多样化的特征，同时电力设备内部的结构较为复杂，致使检修工作存在很大困难。因此，电力企业应将红外热成像技术应用于电力设备状态检测中，从而提升电力设备检修效率。

1红外成像技术检测设备热故障的注意事项

1.1防止太阳照射与背景辐射影响

检测户外设备应选择在阴天，日出前或日落后一段时间内，最好在晚上。检测户内设备时，应关闭照明灯。当附近有高温设备时，应进行遮挡或选择合适的检查方向。

1.2防止环境温度的影响

应避开环境温度过高或过低的影响，对于变电站，选择日出前或日落后3h检测；选择理想的环境温度参照体，如不发热的相似设备表面，用来采集环境温度参数，这可在一定程度上弥补环境温度变化带来的检测误差。

1.3防止气象条件的影响

选择无雾、无雨、无云天气进行，尽量在无风的天气检测；实在不行，则进行风速修正。

1.4防止大气中物质的影响

由于红外线的传输路径大气中存在水汽、CO、CH4和悬浮微粒，使其衰减，因此检测应尽量安排在大气较干燥的天气，并且湿度不超过85％；在保证安全条件下，检测距离尽量缩短为5m左右。

1.5防止电力设备运行状态的影响

检测和负荷电流有关的设备时，应选择在满负荷下检测；检测和电压有关的绝缘时，应保证在额定电压下，电流越小越好：检测温升时，应使设备达到稳定状态。

2红外成像技术在电力系统的具体应用

2.1红外热成像技术在电力设备外部热故障中的应用

（1）裸露接头热故障检测方法

当电力设备的各种紧夹件、裸露接头及隔离断路器刀口接触不良时，流过大电流，温度和温升大为提升，最后烧断。另外，如果是弹簧夹紧件，高温使弹簧弹力退化，同样会使接头接触不良，久而久之被烧断。这两种热故障开始时不严重，但会使金属表面加速老化，接触电阻成倍增加，发热更加严重，接触电阻更大，温度更高，形成恶性循环，最后导致烧断事故的发生。外部热故障的特点是以过热点的高温形成一个特定的热场，向外辐射能量。红外成像仪把热场直观地反映在荧光屏上，通过荧光屏热成像图上的温度最高点，找出热故障点。热成像仪可以通过设定特定参数，实现自动完成测量热场的任意一点温度值。

（2）电力变压器热故障检测方法。变压器外表暴露的热故障可以用红外成像仪顺利地检测。正常变压器外壳热像图是一个水平线温度均匀分布的温度场，高、中、低套管的温度三相基本平衡，潜油泵也不应该有特殊的过热点，箱体螺栓的温差也不应该过大。

由于变压器内部结构比较复杂，热量传导的途径也多种多样，因此，当变压器尤其是油浸式变压器发生内部热故障时，很难仅仅依靠红外成像仪一种方式来检测，需要结合其他的手段来综合分析判断。

（3）绝缘子热故障检测和诊断

绝缘子的热故障红外成像检测和诊断，是依据整个绝缘子串的温度场图来判断的。正常的绝缘子串发热量比较小，它的温度分布与电压分布有关，通常是两端温度高，中间温度低，温度分布比较连续，与相邻的绝缘子相比温差很小，通常不超过1℃。当绝缘子的性能劣化后，绝缘电阻减小，漏电流就会增大，相应的工作温度就会升高，对应的热场会发生变化。

2.2红外热成像技术在电力设备内部故障中的应用

电力设备内部的问题故障主要是指封闭在油绝缘以及固体绝缘或是设备壳体之内的绝缘介质劣化或是电气回路问题等引发的内部故障，对于这种问题故障检测，需要结合整个电力设备的内部结构以及电力设备的运行状态，再结合传输热学理论，进行对流传导（可能由绝缘油、气体或金属导电回路造成）的进一步分析，同时从设备外部显示的温度得出温度变化分布图像，预判电力设备内部可能出现的问题故障。对于电力设备的发热情况，一般主要分为在其电力设备运行的过程中由于电压、电流等的作用有3种发热来源：

其一，是由于电阻的损耗而产生的发热，这种发热的产生是电流实际通过电阻时而发生的热能，所以是由电流的效而产生的发热，这种发热更多是发生在截流的电力设备中。

其二，因介质的损耗而产生的发热，这种发热主要是由于电力绝缘的介质在交变电场的实际作用下，介质的极化方向不断地发生改变而引起的电能消耗，进而产生的发热，所以这种发热方式是由于电压的效应而产生的发热；

最后，铁损的致热。这种发热方式是由于在励磁的回路上不断地进行工作电压的施加，由于铁心的磁滞以及涡流而发生的电能损耗而引起的发热。

2.3红外热成像技术在电力设备状态检修中的应用

某220kV变电站在进行高压设备红外热成像检测中，发现一台变压器呈现出不正常的发热现象，表面局部发热不均匀，温度较高的位置为变压器高压侧C相套管。进一步对C相套管进行红外热成像跟踪测试，发现其温度达到63摄氏度，再对其开展油色谱分析，C相套管的分析结果显示油液中甲烷与乙炔含量增长速度较快，根据其历史记录进行分析，一个月之内，总烃含量增长幅度为50μL/L。为了确定此变压器的具体故障原因，测量该变压器的直流电阻，发现AC相与BC相直流电阻严重超标，尤其是BC相电阻，不平衡度已经高达12%，通过红外热成像跟踪测试及直流电阻测量，进行综合分析之后，基本可以判定该变压器发热故障的原因为C相套管与导电杆的连接接触不良，从而造成C相套管发热现象，与此同时伴有变压器油液甲烷、乙炔增长幅度较大的现象。综上，合理在电力设备检修过程中应用红外热成像技术，同时利用现代热力学理论，得出故障电力设备温度变化图像，从而判断出电力设备出现故障的类型。

2.4电压互感器电磁单元绝缘的受潮故障

对某地500kV变电站进行红外温测试，发现某220kV电容式电压的互感器电磁单元存在较高的温度差异，要比其他的一般部位高出3℃左右，对此现象可以按照以下方式进行故障测试分析。首选是对相关产品进行例行试验，将测验的结果与以往的历史检测数据进行比较分析。

其次，结合实际分析的结果，对存有疑问的部位可以进行必要的产品解体进行详细的检查。通过对电容式电压互感器进行电容量以及介质损耗因素的检查，C1没有发生多大的变化，但是C2的介质损耗因数以及电容量就存在较大的变化，远远地超过了规定值。所以初步可以确定是由于电容式电压互感器，电磁单元的内部绝缘下降导致的，需要进一步对电磁单元的绝缘油进行色谱分析以及可以进行击穿电压测试，进过分析了解倒是由于电压互感器内部受潮进水导致绝缘油绝缘能力的下降，发生局部放电的现象。

结束语

尽管红外成像技术在电力系统应用时间不长，但由于是非接触式的，无需停电，又有安全、实时性和准确性高等特点，加上使用方便，具有很高的推广使用价值。至于存在的不足，随着技术的发展也会逐渐得到克服。

参考文献

[1]邵进,胡武炎,贾风鸣,胡育蓉,马晓薇.红外热成像技术在电力设备状态检修中的应用[J].高压电器.2013(01).

[2]王杰.电气设备维护中红外热成像技术的应用探讨[J].科技风.2012(17).