红外技术在电力设备运维上的应用实践

红外技术在电力设备运维上的应用实践

徐小飞

国网内黄供电公司河南安阳456300

摘要：电力设备传统巡检技术规范性、可靠性差，红外技术具有不可比拟的优势，应用中应重点了解接触电阻、设备发热特性，掌握红外成像仪正确的操作方法，提高工作效率。

关键词：红外成像仪；电流致热型；电压致热型

一、传统巡检手段的局限性

电力企业是设备、资金、技术密集型的企业，供电系统是节点多、设备多、涉及面广的网络，供电系统的电力设备从基建、安装到投入运行，在大约20年的全寿命周期内要实现可靠运行，必须通过精心运行维护方可达到。供电企业必须采取有效的技术手段，提升巡检水平，提高设备运行的可靠性，延长设备运行寿命周期。传统上，电力工作人员巡视设备是用眼看、用手摸，借助自然与物理现象（霜雪、试温蜡片融化,铜铝金属变色)，判断电力设备外壳温度范围、是否异常。这种巡检方式效率低，规范性、准确性差，过度依靠经验判断，不便于传承推广。为了提高检测的准确性，在电力设备各部位安装各类温度计、在线装置，以此来判断电力设备是否发热，这种方式依然不理想。

二、红外技术的应用效果

（一）红外基础原理

红外线是一种电磁波，在空气中的波长范围为760nm至1mm，人眼无法看到。自然界中凡是温度大于-273℃（绝对温度）的物体，其分子和原子就处于无规则运动的状态，物体的表面就会不断辐射红外线。通过红外成像设备，即可以探测到物体表面辐射的不为人眼所见的红外线，从而得知物体表面的红外辐射场（温度场）。红外技术在电力设备巡检工作中有着广泛的用途，通过检测诊断电力设备表面的红外线辐射源，可以获得设备的热状态特征信息，依靠热状态情况和判断条件，从而诊断电力设备有无故障、故障特性、故障位置以及严重程度等。

（二）过热故障的性质

过热故障可以分为两大类，即外部热故障和内部热故障。外部热故障主要是各种裸露接头、连接件的热故障，它的特征是以局部过热的形态向其周围辐射红外线，其红外热像图显现出以发热点为中心的热场分布,可直观地判断是否存在热故障，根据温度分布可准确定位故障部位。内部热故障是在封闭空间与发热点接触的导体连接部位，固体、液体和气体将发生导热、对流和辐射，导体是良好的导热体，从而将内部故障所产生的热量不断地传送到外壳，改变了设备外表面的热场分布。它的发热特征，过程一般都较长，且为稳定发热，因此，从设备外部对其相关部位进行红外热像监测分析，是可以诊断出大量设备的内部故障。

（三）红外技术的优势

红外热像仪（红外机器人）具有不停电、不接触、快捷、准确等优点。红外诊断技术是防止设备事故的有效措施，应引起设备管理者的重视，利用红外热像的监督指导作用，达到设备安全运行的目的。红外测温及时发现设备发热缺陷，避免了设备事故，创造了供电企业的安全效益与经济效益。红外诊断可以先期发现故障，提供电网输变电设备发热部位的缺陷清单，为定点维修提供便利。红外诊断技术可以应用于更深领域，可以应用于电容器、避雷器内部受潮发热，组合电器内部锄头接触不良，绝缘子防污闪方面的效果都有独到之处，显示了强大的技术能力和持续的生命力。运维部门对输变电设备巡视与采用红外热像技术相结合，发现了大量设备缺陷，起到了预警、预防的作用。红外技术指导电力设备状态维护检修被证明是最快捷、有效率的技术手段，应用在各供电设备上，将起到了事半功倍的效果。

三、红外检测技术要点

只有发现缺陷，采取状态检修措施，才能消除设备缺陷，使电力设备安全稳定运行。针对电力设备发热现象，红外诊断是一种较好的技术方法。红外技术在设备运维管理上的应用，主要采用电流、电压致热型的分类方法，收集“温差”数据，根据设备运行参数进行状态分析，判定缺陷的性质。开展红外检测前，需重点做好以下工作。

（一）设备特性及接触电阻

需要首先了解设备运行发热原理和使用材料的运行特点。比如：铜与铝的特性，两者是电力系统广泛使用的导电材料，具有良好的导电性能、力学性能、导热性、富延展性、易于加工等特点，铜的熔点为1083℃，铝的熔点660℃。导电回路载流导体接头的温升，主要取决于载流导体接头的接触电阻。影响载流导体接头接触电阻的主要因素：施工时接头的结构是否合理；使用的材料导电性能是否良好；施工时是否按工艺制作，接触性能是否良好；使用材料接触压力是否合适；接触面的氧化程度。这些因素都是输变电设备运维管理应该重视的环节和掌握的要点。

图1：红外热像

（二）“电流致热型”的应用

电流的热效应是红外诊断中需要掌握的一个最基本的、重要的概念。电流致热型设备是由于电流效应引起发热的设备。其发热功率为：P=I?R。当金属导体的温度升高时，组成导体物质的分子接受了一定的热能力，使自由电子在传导过程中与分子碰撞的次数增加，受到的阻力增大。电流通过电阻时，电阻会发热。在实际运行中，变电站母线与输电线路的线夹、断路器、隔离开关、电流互感器等端子连接部位，过热与电阻等因素组合会形成恶性循环，在一定周期内发展成过热故障，破坏电力设备的稳定运行。“电流致热型”设备红外诊断主要采用“表面温度判断法”、“同类比较判断法”等方法，根据“温差”对设备缺陷定位、定性。

（三）“电压致热型”的应用

“电压致热型”设备，是由于电压效应引起发热的设备。其发热功率为：P=U?ωCtgδ。当设备内部绝缘介质老化、受潮后，会引起绝缘介质损耗增大，导致介质损耗发热功率增加。比如：避雷器、高压套管、高压电缆、电力电容器、互感器等设备内部放电造成的发热故障。污秽绝缘子、低值绝缘子、零值绝缘子、绝缘子裂痕等缺陷，在雨雾天气泄漏电流增大，产生局部放电，也会引起表面温度升高。电压致热型设备发热缺陷不可自愈，应用量变到质变的过程判断设备状态变化。在缺陷部位继续运行时，持续稳定的工作电压，会使发热缺陷逐渐演变为故障状态。“电压致热型”设备红外诊断主要采用“图像特征判断法”、“同类比较判断法”，根据“温差”进行内部与外部缺陷诊断、定位、定性。

（四）红外热像仪的操作方法

红外热像仪将物体表面红外辐射转换成可见图像的设备，它具有测温功能,具备定量绘出物体表面温度分布的特点,将灰度图像进行伪彩色编码，可以发现带电设备存在的各种“热源”，分辨出发热点的分布位置。工作人员则根据热点数据，确定判别缺陷的性质，并预测发展趋势，完成红外诊断的技术实施过程。使用红外热像仪，首先要了解变电站设备运行原理及运行信息，如导电回路的红外诊断选择在夜间、阴天、无风时进行，对电压致热型设备的污秽绝缘子的红外诊断应选择在雨、雾天气。其次，要掌握红外热像仪的正确操作方法。诊断不同设备时，及时调焦、调整红外热像仪温标的“温宽与电平值”，使温度数据准确、红外热像清晰。检修设备前，应先观看设备发热点的红外图谱，以便准确的对设备发热位置、热点温度及原因，进行判断分析，有计划、有针对性地进行状态检修，提高检修质量和工作效率。

图2：悬式瓷绝缘子异常原理红外热像

四、结语

掌握设备在正常运行状态下的发热规律及其表面温度场的分布和温升状况，以此为“基础热像”，结合设备结构及传导热能的途径，进一步分析各种设备缺陷及故障状态的热场及温升，就能较好地对设备有无内部或外部故障进行诊断。