红外热像仪在变电运行中的应用

红外热像仪在变电运行中的应用蒋健民江门新会供电局摘要：现代红外诊断技术其实是以红外辐射为能量和信息传递的手段，通过红外热像仪对电力设备故障进行诊断是红外技术在变电运行中的重要应用。在电力系统中可应用于各种电气设备的外部过热故障、内部缺油或绝缘损坏故障的诊断，为设备状态检修提供了依据，保证了电力系统的安全运行和提高供电可靠性。关键词：红外诊断技术热像仪变电运行设备故障1.红外技术的原理及特点1.1红外线术基础红外线能量是一种肉眼看不見的能量，它的波长很长，无法被肉眼探测到。它是电磁波谱中的一部分，人类将它感知为热量。红外技术是研究红外辐射的产生、传递、转换、探测并实现在实际工作中应用的一门技术。红外技术的原理是基于自然界中一切温度高于绝对零摄氏度的物体，每时每刻都辐射出红外线。同时，这种红外线辐射都载有物体的特征信息，因为红外线辐射的能量可用物体表面的温度来度量：辐射的能量越大，表明物体表面温度越高，反之，表明物体表面的温度越低（如图1所示）。这就为利用红外技术和判别各种被测目标的温度高低与热分布提供了客观的基础。图1红外线辐射的特征信息图红外辐射的探测是将被测物体的辐射能转换为可测量的形式，一般可行的方法有利用热电转换或光电效应把红外辐射量转变成为电量进行测量，并以此作为物体辐射特性的依据，进行控制。1.2红外技术的应用原理高压电气设备在正常运行情况下，将有部分电能以不同的损耗形式转化为热能，从而使设备温度升高。这些电能的损耗主要包括以下几种：1)电阻损耗P=I2R,发热功率与电流平方成正比，这种发热称为电流效应引起的发热；2)介质损耗P=U2ωCtanδ，发热功率主要取决于电压，这种发热称为电压效应引起的发热；3)铁损是因铁心的磁滞、涡流现象而产生的电能损耗,，这种发热称为电磁效应引起的发热。电气设备存在外部或内部故障时，往往出现不正常的发热或温度分布异常。高压电气设备外部热故障可分两类：一类是电气接头连接不良，其发热功率取决于导体连接的接触电阻与通过的电流；一类是因表面污秽或机械力作用造成外绝缘性能下降，其发热功率取决于外绝缘的绝缘电阻与泄漏电流。高压电气设备内部热故障主要发生在导电回路和绝缘介质上，其内部发热机理因设备内部结构和运行状态的不同而异，一般可概括为：导体连接或接触不良；介质损耗增大；电压分布不均匀或泄漏电流过大；因绝缘老化、受潮、缺油等，产生局部放电；磁回路不正常等等。对高压电气设备由于故障引起的发热和温升，可利用红外热像仪进行诊断,提供反映设备故障状态的热信息。红外诊断技术对电气设备的早期故障缺陷及绝缘性能做出可靠的预测，使传统电气设备的预防性试验维修提高到预知状态检修，这也是现代电力企业发展的方向。随着现代科学技术不断发展成熟与日益完善，利用红外状态监测和诊断技术具有远距离、不接触、不取样、不触体，又具有准确、快速、直观等特点，实时地在线监测和诊断电气设备大多数故障。它备受国内外电力行业的重视，并得到快速发展。红外检测技术的应用，对提高电气设备的可靠性与有效性，提高运行经济效益，降低维修成本都有很重要的意义,是目前在预知检修领域中一种很好的手段。2.红外热像仪的应用及实践经验2.1红外热像仪的简介红外热像仪是透过一个非接触式的仪器，探测红外线能量（热量）来转换为电信号，在显示器上产生热影像表现温度值，并对温度值进行计算的检测设备。红外热像仪能够将探测到的热能精确量化或测量。不仅能够观察热影像，还能够对发热的故障区进行准确识别和精密分析。新会供电局辖下变电站日常巡视所用的是福禄克FlukeTi30热像仪，其外观如图2所示：图2FlukeTi30热像仪外观图但是仅仅通过红外热像仪来发现问题是远远不够的。事实上，红外热像仪并不能反映电气设备的所有情況。如果缺乏一份简单快速的检测资料的分析报告，是无法准确将可能引发故障的热点和设备正常运行的热点进行有效区分，因此无法做出及时的维修方案。Fluke推出的Ti30系列红外热像仪和InsideIRv2.0分析软件不仅可以快速定位故障，它们所具备的非接触温度測测量和分析功能可以帮助运行人员在现场迅速对维修部位及维修时间做出正确的判断。2.2红外热像仪的应用新会供电局很早就开展了运用红外热像仪对电气设备进行诊断的工作，在线测量电气设备一次接头温度、及时发现电气接头过热故障、预防和控制事故的发生等方面起到了变电设备状态评估、状态检修的重要作用。在开展红外测温工作的几年时间里，公司及时发现和处理了数起电气设备接头严重过热故障，避免了多次设备事故的发生。例如，某次由红外热像仪诊断发现会城站#1主变CT的C相内部过热，在解体检修时证实其内部导体部分已经熔化，属危急过热故障；一次夜巡发现110kV银东线开关的B相接头接触不良导致发热，检修时发现相序漆已被烤变色脱落，情况也比较紧急。某年发现110kV禾睦线线路侧4G刀闸的B相T型线夹发热，温度高达250度，在检修时证实连接部分的导线表面已经发热氧化变成粉状，线夹内壁有突起的熔融状的铝金属颗粒，由于发现处理及时，未发生故障。新会供电局在日常的红外诊断工作中总结出了自己的一套相关的日常管理方法，即将电气设备红外测温列为日常巡视的主要工作，要求每个运行人员都要学会FlukeTi30热像仪的使用方法，包括手动和自动调焦距、色彩，并且要学会使用InsideIRv2.0软件对图像进行分析处理，明确专职或兼职管理人员，全面负责电气设备的红外测温工作。在变电站和操作班建立健全电气设备红外测温记录。建立和健全设备台帐记录及设备热缺陷档案，包括设备运行参数、现场热缺陷纪录、设备照片、设备热图象、分析处理记录等。对设备热缺陷进行分类管理，根据热缺陷的不同类型进行相应的检修处理，以保证电气设备的安全运行。2.3实践经验我局通对红外热像仪过多年的运用实践，总结出一些切实可行的技术经验：2.31根据季节和负荷特点进行测温，明确测温周期和时间，即每年在高温负荷来临前普测一次、对负荷大的变电站重复测试、变电站检修前后分别测试一次、结合变电站夜巡进行测试；并且对运行中存在的热缺陷进行跟踪测试。2.32由于不同的表面温度决定着各种物体具有不同的辐射率，以便在使用红外热像仪进行红外测温工作时可以选择正确的辐射率，避免影响对电气接头过热故障的准确判断。2.33通过这几年的使用发现许多缺陷都属于电流致热型，而且大多发生在110kV电压等级的设备上，这是因为110kV电压等级的设备承受的负荷电流比较大，又处于室外，运行条件相对比较恶劣，这也是今后的测温工作中要特别关注的一点。2.34在具体使用红外热像仪进行测量时，可以将测量温度设定在即时温度状态，这样仪器显示的温度就是被测目标的当前温度，这时就可以通过不断移动仪器对被测目标的周围上下左右进行动态测量，在反复多次测量后就可以准确找到最高温度点。2.35环境对红外诊断技术的测量存在着一定影响，为保证数据的准确性，测量时需要遵循一下三个原则：a）选择在天黑后或没有阳光的阴天进行；b）选择在无风或风力很小的条件下进行；c）红外测温应在无尘或空气清新的环境中进行。3.结语我国电力系统是国内研究应用红外技术比较早的行业，对高压电气设备由于故障引起的发热和温升，可利用红外热像仪进行诊断,提供反映设备故障状态的热信息。有实践证明，对运行中电气设备热故障进行红外检测,，具有不需停电、远距离、安全可靠、准确高效等常规测试技术所不具有的优点，是实现带电检测和实现设备状态检修的最有效手段之一。因此可以预想，随着科技的进步，红外诊断技术在电力系统变电运行中将具有广泛的应用前景。参考资料：[1]FlukeTi30高性能热像仪使用说明书RevC[z]；美国福禄克公司；2005.[2]周密，变电站红外检测诊断技术的应用[J]；广西电力；2007.[3]吴继平、李跃年，红外热成像仪应用于电力设备故障诊断[J]；电力设备；2006.