红外成像检测技术在变电运行工作中的实践探讨

摘 要 红外成像检测技术具有图像清晰，稳定，不受测量环境中高压电磁场的干扰，具有必要的图像分析功能，具有较高的温度分辨率应满足实测距离的要求，具有较高的测量精确度和合适的测温范围。适用于变电站内所有具有电流、电压致热效应或其他致热效应的设备。本文通过对变电站内一些典型发热事件的分析，为红外成像技术在变电运行工作中的应用提供一个方法，以供同行参考。

关键词 红外成像；检测；变电运行；实践

中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)101-0166-03

1 红外检测检测技术的应用

红外热成像是利用红外探测器、光学成像物镜接受被测目标的红外辐射信号，经过光谱滤波、空间滤波使聚焦的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏源上，对被测物的红外热像进行扫描并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外复测能转换成电信号经放大处理转换成标准视频信号，通过电视屏或监视器显示红外热像图，并推断被测目标表面温度的一种技术。

红外成像检测技术是诸多监测手段中的一种，因其具有不接触、不停运、不取样、不解体，所以可以做到省时、省力、降低设备维修费用，大大提高了设备的运行可靠性，它也是保证状态检修能够顺利开展的主要技术手段。

1.1 红外成像检测技术对环境的要求

被检设备是带电运行设备，在保证人身和设备安全的前提下，应打开遮挡红外辐射的遮挡物，如：玻璃窗、门或盖板。环境温度一般不宜低于5℃、空气湿度一般不大于85%。不应在有雷、雨、雾、雪的情况下进行检测，风速一般不大于0.5m/s，如果检测中风速发生明显度化，应记录风速，必要时按照相应公式进行测量数据的修正。室外检测应在日出之前，日落之后或阴天进行。红外检测时应闭灯进行，被测设备应避免灯光直射或反射。检测电流致热的设备，宜在设备负荷高峰状态下进行，一般不低于额定负荷的30%。

1.2 现场操作方法

红外热像仪在开机后，需进行内部温度校准，在图像稳定后方可开始。红外检测一般先用红外热像仪对所有应测试部位进行全面扫描，发现热像异常部位，然后对异常部位和重点被检测设备进行重点测温。被检测一、二次设备的辐射率一般可取0.7-0.9。

在安全距离保证的条件下，红外热像仪宜尽量使被检设备充满整个视场。精确测量跟踪应事先设定几个不同的角度，确定可进行检测的最佳位置，并作上标记，使以后的复测仍在该位置，有互比性，提高作业效率。根据被检测设备的特点记录其相关参数，如：实际负荷电流、电压及被检测设备温度及环境参照体的温度值。

1.3 红外成像检测的诊断方法和判断依据

1）表面温度判断法。根据测得的设备表面的温度值，对照GB763-90《交流高压电器在长期工作时的发热》的有关规定，凡温度超过标准的可根据设备超标的程度、设备负荷率的大小、设备的重要性及设备承受的机械应力的大小来确定设备缺陷的性质，对在小负荷率下温升超标或承受机械应力较大的设备要从严定性。

2）同类比较法。在同一电气回路里，当三相电流对称和三相（或两相）设备相同时，比较三相或两相电流致热型设备的对应部位的温升值，可判断设备是否正常。若三相设备同时出现异常，可与同回路的同类设备比较。当三相负荷电流不对称时，应考虑负荷电流的影响。

对于型号相同的电压致热型设备，可根据其对应点温升值的差异来判断设备是否正常。电压致热型设备的缺陷宜用允许温升或同类允许温差的判断依据确定。一般情况下当同类温差超过允许温升值的30%时，应定为严重缺陷。当三相电压不一致时应考虑工作电压影响。（允许温升标准参照DL/T644-1999《带电设备红外诊断技术应用导则》中相关设备的允许温升值）。

3）相对温差判断法。对于电流致热型设备，若发现设备的导流部分状态异常，应进行准确测温，同类比较。对于负荷率小、温升小但相对温差大的设备，如果有条件改变负荷率，可以增大负荷电流后进行复测，以确定设备缺陷的性质。当无法改变负荷率时，可以暂定为一般缺陷，并注意监视。参照DL/T644-1999《带电设备红外诊断技术应用导则》中公式计算出相对温差值。当发热点的温升值小于10k时，不宜按本方法确定设备缺陷的性质。

4）热谱图分析法。根据同类设备在正常状态和异常状态下的热谱图差异来判断设备是否正常。電流致热的设备测量温升小于10℃时，应记录在案加强监督，不必确定故障性质，对于小负荷要注意负荷变化引起的发热过程。电压致热的设备缺陷一般定为重大及以上的缺陷。

2 红外成像在变电运行工作中的实例

1）2006年9月26日，110kV某变电站集中检修，通过使用红外成像设备就发现了大量的刀闸设备线夹、导电杆压板断裂缺陷。（图1）

2）2006年12月4日，220kV某变电站110kV故障录波器A4131端子松动，温度达110℃。（图2）

3）2008年3月5日5∶20分，发现110kV某线路B相抽压PT故障，红外线检测人员及时做出分析，判断内部绝缘受到破坏，该线路抽压PT属于紧急缺陷，2008年3月8日，该线路停运时，高压试验人员对该线路B相抽压PT用摇表摇绝缘，数值很小，接近零，判断绝缘损坏，验证了红外线检测的正确性。（图3）

4）2007年5月9日至13日夜里，发现某主变A相套管将军帽处发热，温度达111℃，当时负荷80000kW，此期间，该站另一台主变面临更换，该主变要带全站负荷，此情况是不能安全运行的。（图4、图5）

5）2009年5月12日，发现某电容器组软母线与铝排连接处A相发热355℃，值班人员说，没有变红，不相信；后来用现场的点温仪进行核对，也能测到320℃左右。（图6）

6）2008年10月8日，发现某35kV断路器与隔离开关之间引流线发热，A相142℃，调度让现场变电值班员核对，用点温仪检测找不到热源，汇报设备运行正常；在红外检测人员的指导下，用点温仪也同样能检测到100℃以上。（图7）

以上的例子，证明了红外成像检测技术的先进性和准确性，弥补了“红外点测温仪”测温精度低的不足。

3 设备接头、刀闸触头、导流母线等允许温度

由于采用最高允许温度的方法清晰直观，现场人员比较习惯，且易于接受，通常采用最高允许温度法。

3.1 规程对接头、刀闸触头、导流母线允许温度的规定

1）运行中的隔离开关刀口的最高允许温度为85℃。

2）变电站的设备接头和线夹的最高允许温度为90℃。

3）各种不同截面的导线，在周围环境为25℃，导线温度不超过70℃时允许通过导线的最大电流。

4）短路时：铝允许发热200℃，铜允许发热300℃。

5）铜的熔点1084℃，铝的熔点660℃，铁熔点1515℃。

3.2 根据上述规定，对变电站的常见缺陷进行分析

1）刀闸口，材质多为红铜，铜的熔点1084℃，规程规定最高允许温度为85℃，认为最高限度可以提高。

2）设备线夹，材质多为铁合金，铁合金的熔点1515℃，规程规定最高允许温度为95℃，认为最高限度可以提高。

3）线夹材质，多为铝合金，铝合金的熔点660℃，规程规定最高允许温度为90℃，认为最高限度可以提高。

4）引流线，多为铝，铝的熔点660℃，规程规定最高允许温度为70℃，认为最高限度可以提高。

3.3 运行条件的分析

1）U工作电压小于Ue工作电压，I工作电流小于Ie工作电流60%，认为设备运行温度可以再将提升一个标准，可以长期安全经济运行。

2）U工作电压大于Ue工作电压，I工作电流大于Ie工作电流100%， 不确认。

3）短路工作状态，I工作电流远远大于Ie工作电流，不能确认。短路工作状态，短时间内，设备要承受短时热稳定电流和动的稳定电流。这些热和力的因素，将使绝缘电阻下降、机械强度下降，大的短路电流将使设备的温度迅速升高，若超过允许值，甚至烧毁设备。同时，设备还将受到电动力的影响，若超过允许值将使设备的导体、变压器线圈

变形。

3.4 对运行设备规定的最高允许温度的思考

1）目前，运行中隔离开关刀口最高允许温度为100℃，比相关规程规定高15℃，由于红外成像装置的精准，以及铜和铸铁的熔点相对较高，仍然使用现在标准100℃。

2）變电站设备接头和线夹最高允许温度为100℃，比相关规程规定高15℃，由于红外成像装置的精准，以及铜和铸铁的熔点相对较高，认为使用现在标准100℃。

3）导线最高允许温度为100℃，比相关规程规定高30℃，应保持

不变。

4）二次设备表面温度最高允许温度为70℃，考虑到二次设备本身电流很小，且接线较为密集，因此该温度标准非常合适。

4 红外成像装置与点测温仪之间的比对

在办公室实验，用纸杯接一杯热水，对两者进行对比；两者之间的辐射率都调至0.95，进行多次试验，比对的结果都是不一样的，因为温度在不停的变化，但是可以得出这样的结论；0.3m-1m之间，测试水杯的温度，两者的结论是接近的，3m外，红外点温仪是不准确的，办公室比对的是一个面积较大的热源，现场是较小的接点，热源面积较小，红外成像设备将更准确。（表1）

5 为什么温度200多℃的设备接头不发红

多数人为，发热到200多℃的设备接头会变为红色，但是，变电站电气设备接头多为铝合金，铝合金接头过热后，颜色不会变为红色。

现场的实际象征：

1）铝合金接头过热后，会变为灰白色。

2）铝合金接头过热后，如若设备接头涂有相色漆，过热后相色漆的颜色变深，漆皮裂开。

（下转第145页）

（上接第168页）

3）软铜线接头过热后，新安装的软铜线，亮度会变暗。

6 结束语

红外成像检测工作是带电测试的一项重要手段，它能及时有效地发现运行设备发热类故障隐患，是开展状态检修的基础条件，也是减少停电、提高设备供电可靠性，保障电网安全稳定的重要保证。实践证明，它能及时有效地发现运行中电气设备隐患和故障。通过坚持开展红外成像工作，逐步形成一套较为完整的红外检测监督体系，积累了一些红外检测的经验。

由于红外成像检测技术是一门新兴综合性学科，加之设备千差万别，外部运行条件各不相同，这就要求我们从实际出发，具体问题具体分析，平时多观察，收集好第一手材料，不断提高自身的技术水平，准确判断，灵活运用，把设备管理维护工作提高到一个新的水平，为电网安全稳定运行做出自己的贡献。

参考文献

[1]DL/T664-1999带电设备红外诊断技术应用导则[S].中国电力出版社,1999.

[2]DL/T969-2005变电站运行导则[S].中国电力出版社,2005.

[3]GB763-90交流高压电器在长期工作时的发热[S].国家技术监督局,2000.

作者简介

薛鸿鹏，本科学历，工程师，河南省电力公司周口供电公司运行工区副主任。

李琳，本科学历，工程师，河南省电力公司周口供电公司变电运行部首席工程师。

申志远，专科学历，技师，河南省电力公司周口供电公司运行工区红外成像班班长。

推荐访问： 成像 检测技术 探讨 实践 运行