红外测温技术在电力系统设备的应用

红外测温技术在电力系统设备的应用

刘兆庆张成亮

国网山东省电力公司沂南县供电公司276300

摘要：红外测温诊断技术是一种诊断电气设备发热缺陷的的高科技技术，它能及时发现、处理、预防重大事故的发生。红外检侧技术具有非接触、实时快速、形象直观、准确度高、适用面广等一系列优点，给发、供电设备运行状态监测提供了一种先进手段。红外检侧技术在电力行业的应用，对提高电气设备的可靠性及有效性，提高运行经济效益，降低维修成本都具有非常好的意义。

关键词：红外色谱分析技术、现实应用的分析与优缺点

随着社会电气化水平的不断提高和需求，客户对供、用电质量需求也在不断提高，设备性能维护与日常检测的维护与检修将关系到电网的安全稳定运行和质量，为了今后供电网络的不断发展和管理水平的提高，加强设备维护管理，提高供电质量。电力系统中运行的各种电气设备，往往会因故障而导致温度异常，因此，通过监视电气设备的温度变化，可以对设备故障作出诊断，并及早地予以排除。

1导致电气设备温度异常的原因

（1）在电力系统的各种电气设备中，导流回路部分存在大量接头、触头或连接件。如果由于某种原因引起导流回路连接故障，就会引起接触电阻增大，在负荷电流通过时，导致局部过热。

（2）如果电气设备的绝缘部分出现性能劣化或故障，将会引起绝缘介质损耗增大，在运行电压作用下也会出现过热。

（3）具有磁回路的电气设备，由于磁回路漏磁、磁饱和或铁心片间绝缘局部短路造成铁损增大，会引起局部环流或涡流发热。

（4）避雷器和交流输电线路绝缘瓷瓶，会因故障而改变电压分布状况或增大泄漏电流，导致设备在运行中出现温度分布异常。

2红外诊断的原理

运用适当的红外仪器检测电气设备运行中发射的红外辐射能量，并转换成相应的电信号，再经过专门的电信号处理系统处理，以获得电气设备表面的温度分布状态及其包含的设备运行状态信息，就是电气设备运行状态红外监测的基本原理。

由于电气设备故障的发生部位和严重程度不同，在设备表面产生的温升值及其空间分布特征也不同，所以，分析处理红外监测得到的上述设备运行状态信息，就能够对设备中潜伏的故障或事故隐患属性、具体位置和严重程度作出定量的判定。这就是所谓的红外诊断。

电气设备运行状态在线红外诊断常用的基本仪器（称为红外诊断仪）有：红外辐射测温仪、红外行扫描器、红外热像仪、红外热电视以及辅助的计算机图像处理系统。通常，红外诊断仪器的选择应根据管理层次、管理范围、设备容量和电压等级等实际情况确定

3红外诊断的特点

3.1不接触、不停运、不解体

由于红外诊断是在设备运行状态下通过监测设备的红外辐射和温度场来实现的，所以，红外诊断方法是一种遥感诊断方法。由于监测过程始终不需要与运行设备直接接触（通常在5m以外），所以，红外监测可以做到不停电、不改变系统的运行状态，从而可以监测到设备在运行状态下的信息，并可保障操作安全。使用这种诊断方法可以省时、省力，降低设备维修费用，大大提高了设备的运行效率。

3.2成像快捷，形象直观

红外诊断仪能够以图像的形式，直观地显示运行设备的技术状态和故障位置。例如，用红外热像仪在适当位置扫描一周，就可初步找出有故障的设备。如果进一步对初步扫描中发现的异常设备进行详细检测与分析，就能得到与设备故障相对应的红外热像图（温度分布及温度量值）。因此，红外诊断能迅速、形象、直观地显示出运行设备的故障，并明确给出故障的属性、发生部位和严重程度。由于目前生产的先进红外热像仪的温度分辨率可达0.02～0.05℃，空间分辨率可达0.07mrad。因此，红外成像诊断具有较高的准确性。另外，由于红外检测的响应速度快，红外诊断仪普遍有很高的数据采集速度，因此，红外监测方法不仅可用于对设备温度的瞬态变化研究和对设备温度变化的大范围快速实时监测，还可用于被测设备与监测仪器之间有高速相对运动时的监测。与以往检测高压输电线路接头连接故障及劣化绝缘子的传统的人工徒步观测和登杆塔检测方法相比，红外监测不仅大大提高了检测效率，而且降低了劳动强度，同时又不受地理环境条件的限制。

3.3适用面广，效益投资比高

较之当前电气设备预防性试验所使用的各种测试方法，如色谱分析、局部放电试验、泄漏电流和阻性电流测试、声学检测和直阻测量、耐压试验等，红外诊断的适用面要广。从监测方法来讲，红外成像监测能够适用于高压电气设备中大多数故障的检测。尽管红外诊断仪器及其辅助装置的一次性投资高于常规检测仪表，但由于红外监测是对设备运行状态的在线监测，它不影响设备的正常运行，不需要停电，因而增加了设备的可使用时间和设备运行的技术经济效益和社会效益。因此普遍认为，红外诊断是效益投资比较高的一种故障诊断方法。

3.4促进故障诊断方法向智能化发展

目前的红外成像诊断仪普遍配备微型电子计算机图像分析系统和各种处理软件，不仅可以对监测到的设备运行状态进行分析，还可根据对监测到的相关参数进行计算和处理，并迅速给出设备故障属性、故障部位及严重程度的定量诊断。同时，可以把历次检测得到的信息存储起来，建立设备运行状态档案数据库，供管理人员随时调用，便于对设备的科学化管理和剩余使用寿命的预测。另外，诊断方法、数据处理和结果管理的计算机化，也有利于最终实现电气设备故障诊断的智能化。当把所有设备在运行中的温度分布信息存人计算机后，设备管理人员就可以对所管辖设备的运行状态实施温度管理，并根据每台设备的状态演变情况进行有目的的维修。而且，通过红外诊断还可以评价设备的维修质量。

4存在问题

就目前的发展水平而言，红外诊断的主要不足在于：

（1）标定较困难。尽管红外诊断仪器的测温灵敏度很高，但因辐射测温准确度受被检测表面发射率及环境条件（气象条件等）的影响较大，所以，当需要对设备温度状态做绝对测量时，必须认真解决测温结果的标定问题。

（2）对于一些大型复杂的热能动力设备和高压电气设备内部的某些故障诊断，目前尚存在若干困难，甚至还难以完成运行状态的在线监测。这时需要在退出运行的情况下进行检测，或者需要配合其他常规方法做出综合诊断。

（3）电力设备安全可靠性是超大规模输配电和电网安全保障的重要环节，对电网电力设备进行安全运营实时监控成为必要。?高压开关柜是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换电力设备安全可靠性是极其重要的。长期电网运行数据表明，电网电气设备故障大多是由于大电流运行、设备老化、绝缘水平下降等原因导致设备在高温条件下运行，进而引发燃烧，爆炸等严重后果所造成。高压开关柜是输配电重要一次设备，其安全运行对于电力正常输送非常重要。GB/T11022-2011<高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求>第4.5.2节对各部件有明确的温升要求，但受制于传统测温方法的局限性，此要求未能全面执行。随着技术的发展，该要求也越来越受到重视，2011年，中国南方电网公司出台指导文件，公司决定加大开关柜无线测温装置试用力度，在重要变电站开关柜上逐步加装无线测温装置。高压开关柜为金属封闭开关设备，在正常工作时，不允许打开金属封闭门，所有电气连接点均位于高压开关柜中。由于开关柜内部工作电压高，且正常使用中不能随意断电，所以安装于高压开关柜内部的测温系统，需要更高的电气绝缘性，日常使用中的应减少维护量。高压开关柜为金属封闭开关设备，在正常工作时，不允许打开金属封闭门，所有电气连接点均位于高压开关柜中。由于开关柜内部工作电压高，且正常使用中不能随意断电，所以安装于高压开关柜内部的测温系统，需要更高的电气绝缘性，日常使用中的应减少维护量。因此，高压开关柜加装安全、实时、少维护、全方位测温系统既是设备自身标准，也是符合实际用户需求，同时，也是智能电网的发展方向之一。