变电运行中的红外测温技术

变电运行中的红外测温技术

摘要：红外热像仪具有普查效率高、检测灵敏可靠、不停电、安全性好等优点，可以清楚地显示故障部位和故障的严重程度，能够进行设备缺陷热分布场的分析，比传统的预防性试验更能有效地检测出与运行电压、负荷电流有关的设备缺陷。目前，电力系统都在由计划检修向状态检修过渡，红外诊断技术可以为状态检修提供有利的科学依据。本文针对红外测温技术在变电运维中的应用进行了详细分析。

关键词：红外测温技术；变电运维

一、红外测温技术在变电运维中的应用

（一）日常检修

变电运维属于电力工作的重要组成部分，主要工作内容包括变电站的运行维护、道闸操作、事故以及异常处理、设备巡视等运维工作。现阶段的变电运维工作由于是长期性的，在运维过程中会出现电压电流瞬间变化的情况。因此设备的老化和损坏程度就比较明显，这也为运维工作带来了相应的难度。为了提高运维工作的效率和安全性，就需要借助红外测温技术的应用，减少电力资源的浪费。

红外测温技术在日常检修中的应用，首先需要明确检修目标，包括线路、变压器和变压箱等。变压器属于电力运维的核心设备，在其运行中，会受到电力作用，进而导致温度上升，这时就可以采用红外测温技术对温度进行检测。在检测中，可以根据变压器表面的温度以及变化情况，与正常标准进行对比。如果差距较小，则表明变压器的功能、结构正常；如果差距较大，则表明变压器存在内部电阻过大、金属结构锈蚀或者短路等情况。当变压器内部存在以上情况时，则表明变压器存在故障，然后再次利用红外测温技术进行具体部位的故障检修。

（二）故障检修

随着人们对电力资源的需求量在不断增加，电力工程的负荷承载力也在不断增加，因此变电运维的难度也在不断增加。因此将红外测温技术运用到故障检修中，可以提高故障检修的效率和速度，准确、及时地收集有关信息并进行分析，找出故障源和故障点。变压器是电力核心设备，在故障检修中，就可以采用红外测温技术。虽然变压器的故障类型可以分为很多种，但是都会引起变压器表面温度的上升。当出现金属绕组锈蚀导致短路时，变压器的表面温度就会急剧上升。如果出现导线断裂以及接触不良时，变压器的表面温度与室内温度差异较小。

本文以变压器金属绕组锈蚀为例进行分析，变压器在实际运行中，如果养护工作没有做到位，就会导致变压器金属绕组锈蚀情况出现。锈蚀部位的电阻就会增大，变压器在运行中，由于锈蚀部位的电阻增加，温度上升速度也会加快，如果变压器某处的温度上升幅度高出正常工作平均温度的百分之十五以上，则表明变压器存在金属绕组锈蚀情况。通过红外测温技术的应用，就可以及时了解变压器的温度变化情况，然后对其故障进行分析，进而制定切实有效的解决措施。

二、案例分析

2018-03-16晚，某电站检测人员对某台主变压器C相低压软连接进行红外测温，发现软连接螺栓热点温度较高。测温当天夜间温度22℃（红外成像仪发射率设置为0.95，背景温度为22℃），变压器顶层油温50℃。对C相软连接螺栓红外图谱进行分析。主变C相软连接热点在螺栓位置，热点温度高达90℃，电力标准镀银螺栓热点温度限值为105℃。该电站环境温度最高可达40℃，主变区域温度超过50℃，顶层油温可达60℃。软连接螺栓热点温度过高，属于电流致热型缺陷。若环境温度及变压器油温升高，软连接热点温度就很可能存在超标风险；若该连接处接触不良，则金属过热将产生金属迁移，影响导体导电能力及变压器经济运行。根据带电设备红外诊断应用规范，电气设备与金属部件的连接接头（或线夹）热点温度在80～110℃时为严重缺陷，C相软连接热点温度诊断为严重缺陷，软连接接头接触不良。对于此等级的电流致热型缺陷，根据上述规范规定，处理方法是尽早制订计划安排处理。未消缺期间，应采取相应措施（如加强监测次数，清楚温度随负荷等变化的相关程度等），必要时可限负荷运行。

检测人员根据软连接设计参数测量接触电阻及低压仓结构，结合机组运行情况建立低压仓软连接散热模型，在环境温度22℃、变压器油温50℃的情况下，软连接热点温度为69.3℃（保守值），实测温度值与仿真结果相差较大。当此推测，低压软连接热点温度测量值高不是由于软连接接触不良及安装工艺问题，而是由于变压器低压套管下部油温及太阳辐照低压仓外壳使热量聚集在封闭低压仓内，导致低压仓外壳内表面的热辐射到红外测温仪上，使红外测温仪所测量的温度比实际温度值高。同时，查阅电站2005年测温试验数据，机组满功率运行、环境温度35℃时，测得主变低压仓外壳温度为54℃，软连接的最热点温度为65℃。

三、背景温度设置对红外测温结果的影响

在所测量带电设备负荷、辐射率确定的情况下，影响红外测温结果的主要因素有环境温度、测量角度等，其中环境温度对测量结果的影响最大。对于环境温度对红外成像仪的影响，应在其参数设置中进行补偿，以减小该因素对测温结果造成的偏差。

根据红外成像仪的测温原理，发射率较低的测量目标可以反射来自附近的背景能量，这部分额外的反射能量会被添加到测量目标自身发射的能量中，从而使热像仪读数不准确。因此，在实际使用中，需要根据现场情况修正“背景温度补偿”等参数，以便消除这部分干扰。

热像仪接收的总能量与测量目标发射的能量、测量目标背景发射的能量之间的关系可用斯蒂芬-玻尔兹曼扩展公式表示：

Q=σ×ε×T 4目标+σ×（1-ε）×T 4背景（1）

Q

目标=Q-Q

背景

（2）

式中：Q为热像仪接收的总能量；Q背景为测量目标背景发射的能量；Q目标为测量目标发射的能量；σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常量；ε为发射率；T为绝对温标；T目标为测量目标温度；T背景为测量目标背景温度。

从公式可以看出：

（1）对于发射率较高的目标（通常为非金属物体），背景温度补偿设置不

准确的影响会比较小；

（2）对于发射率较低的目标（通常为光亮金属表面，或背景温度较高的情况）必须设置背景温度补偿，否则会导致较大误差。

根据上述分析可知，随着外界环境即背景温度的改变，红外成像仪测量的结

果也会随之改变。当红外成像仪背景温度参数设置比外界环境低时，测量结果比

现场实际值高。

四、主变低压仓软连接发热缺陷误判分析

结合现场实际情况，主变低压仓内空气从软连接吸收热量后上升，将热量带

往上部空间；热空气在低压仓铝壳壁面处将热量通过壁面导热以及外壁对流换热

传至外界环境，温度降低，密度减小，沿壁面向下运动。由此，仓内空气形成自

然对流循环流动，传递热量的空气流动高速区域分布在发热体和铝壳壁面附近。

外界环境是低压软连接仓自然对流换热的最终热阱，铝壳外部受太阳辐照及变压

器冷却风机散热等换热因素也直接影响仓内的温度水平。低压仓内空气的自然对

流散热如图1所示。

2018-09-11，环境温度32℃，检测人员通过红外测温枪测量主变C相低压仓

外壳温度为55℃；低压仓内环境温度接近于外壳温度，其外壳温度通过反射进入

红外成像仪，使实测值高于现场实际温度，主变软连接测温如图2所示。根据红

外成像仪背景温度补偿原理，将红外成像仪内部参数重新设置为：背景温度55℃，发射率0.8。重新对主变C相软连接进行拍摄，软连接热点温度71.5℃，通过低

压仓散热模型计算该条件下热点温度为81℃（保守值），修改红外成像仪参数后

热点温度测量值偏差较修正前小，判断软连接热点温度在主变运行期间正常，软

连接安装工艺无缺陷。