红外成像技术在电力系统中的应用
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应用 红外、紫外 测温与成像技术，可以对处于 运行状态的电气设备进行故障检测：
比如：接触不良、缺油，受潮，松动、绝缘老化、电晕、 放电、等多种故障。
采用红外成像技术检测电力设备热故障
原理
凡是温度高于绝对零度（-273.15℃）的物体 都会自发地向外发射红外热辐射，而且黑体单位表 面积发射的总辐射功率与开氏温度的四次方成正比， 温度只要有较小的变化，就会引起物体的辐射功率 发生较大变化。 只要有温度存在，就有红外线摄影成像的可能。
各种裸露接头热故障检测方法和标准
故障类型 热点位置 各种外部裸露接头、 将军帽 隔离刀闸关节、套管 膨胀器 刀闸刀口 建议处理意见
设备存 在疑点
10~15
设备存在 热隐患
15~25
设备存在 热故障
25~40
设备存在 严重热故 障
40℃以上
设备存在 恶性热故 障
60℃以上
10~15 10~15 查明原 因后处 理
• 平均温度与环境温度之差不应大于55℃
• 潜油泵温度与本台变压器其他运行的潜油泵平均温度 之差不应大于30℃ • 变压器套管将军帽温度对环境温度的温升不应大于 70℃，且三相平衡 • 散热器闸门未打开、油枕假油位、潜油泵反转等故障 的热像图也会出现反常
变压器套管发热故障的红外热像图
变压器箱体大盖螺栓发热的红外热像图
• 红外线成像设备的构成
• 红外线滤镜
• 感光器件 • 其它光学和成像系统 • 通过红外线成像设备，就能 探测出物体表面所辐射的不 为人眼所见的红外线，并描 绘出温度场
手持式红外线热像仪
检测热故障的传统方法
1.停电测量电阻值（如变压器和电机通过定期测量绕组直 流电阻来判断是否存在接头接触不良）。 2.在易发热处贴示温片，根据示温片颜色改变，判断是否 过热。 3.设备带电时用绑有石蜡的绝缘杆，将石蜡和接头相接触， 若石蜡熔化则判定为过热点。 4.对设备内部热点采用埋设测温电阻法。
15~20 15~20 安排处理
20~35 20~35 必须 安排处理
35℃以上 35℃以上 马上停电 处理
55℃以上 55℃以上 一定停电 及时处理
2.电力变压器外部热故障检测及标准
• 变压器内部热故障的诊断尚有难度：
• 强油循环使内部热故障的外在原始热场被破坏
• 外表暴露的热故障，可以应用红外成像检测
2.电流互感器内部热点检测和判断标准 • 损耗由铜耗、铁耗和接头电阻损耗组成,由顶帽以热 量的形式散去 • 采用横向和纵向相互比较的方法
• 故障判据：
• 三相互差在20℃以上，温度高者内部有严重热故障 • 温差在15℃以上，应停电试验检查 • 相差10℃以上，应加强监测 • 对环境的温升也不能大ห้องสมุดไป่ตู้70℃
• 电压分布异常和泄漏电流增大引起的热故障； • 各种动作设备（如分接开关、断路器、潜油泵等） 由于磨损引起的热故障； • 个别内部热故障还无能为力。
红外成像技术在电力系统的具体应用
• 外部热故障检测和诊断标准
• 各种裸露接头热故障 • 电力变压器外部热故障
• 绝缘子串热故障
• 电机和其他电力设备热故障
WHY?
3.绝缘子串红外成像热故障检测和诊断
• 劣质和零值绝缘子是最为常见的故障类型 • 根据整个绝缘子串的温度场图像判断 • 良好绝缘子串瓷瓶钢帽上的温度分布与其电压分布相对应， 呈不对称马鞍型
存在劣质绝缘子的绝缘子串红外热像图
电缆终端接头出现裂纹的红外热像图
（二）内部热故障红外成像检测和诊断标准
• 正常变压器的外壳热像图是沿水平线温度均匀 分布的温度场： • 高中低套管的温度三相基本平衡
• 潜油泵不应该有特殊的过热点
• 箱体螺栓的温差不应该过大 • 故障状态下，热像图会发生相应的变化
变压器外部热故障的经验诊断标准：
• 箱体同一水平线的最高和最低温度差不应该大于10℃ • 各螺栓中最高的温度点与平均温度之差不应大于15℃
• 充油设备当油循环受阻、假油位等，也可 能引起热故障或冷故障。
–如散热器上下阀门未打开，使整个变压器温度上升； 而有时个别未打开的散热器又出现温度低的冷故障， 强油循环潜油泵损坏等。
红外成像技术可检测的热故障
• 电力设备内外导流回路热故障； • 高压设备内部绝缘故障导致的热故障；
• 变压器、互感器等内部充油设备缺油、油循环不畅 等引起的热故障； • 变压器铁芯损耗、涡流损耗增加等引起的热故障；
• 电力设备热故障，可分为两类： • 接触热故障（如导体连接件接触不良，电流流 过时发热） • 设备外部：各种裸露接头、压接管、压板和 隔离断路器刀口等。 • 设备内部：设备内部导电回路接触不良、互 感器内部接头松动，变压器绕组和电机定子 线棒焊接处接触不良等。
• 设备元件变质老化：
• 如：阀性避雷器并联电阻劣化或损坏。
上述方法的局限性： 难以准确量化并确定最高点温度。
红外成像诊断热故障的机理：
当带电设备有了热故障，其特点是过热点为最高 温度，形成一个特定的热场，并向外辐射能量。
红外成像技术的特点和优势：
非接触式检测； 在设备运行状态时进行测试； 远距离、准确、实时、快速、简便、安全、可靠、 直观。
电力设备热故障分类与热成像检测的有效性
电流互感器内部局部放电和绝缘老化故障的红外热 像图
A R 01 LI02
32.7℃
A R 02
32
31
30
LI01
29
28.1℃
（二）内部热故障红外成像检测和诊断标准
3.电机定子绕组接头红外检测和诊断标准
检测时间：
运行中检测 大负荷停机或短路试验停机后进行 诊断标准： 对包绝缘的接头，若其表面温度高于平均值 15℃以上，不合格 未包绝缘者，若接头温度超过平均值7℃以上， 则应处理
发电机定子线圈局部过热故障红外热像图
比如：接触不良、缺油，受潮，松动、绝缘老化、电晕、 放电、等多种故障。
采用红外成像技术检测电力设备热故障
原理
凡是温度高于绝对零度（-273.15℃）的物体 都会自发地向外发射红外热辐射，而且黑体单位表 面积发射的总辐射功率与开氏温度的四次方成正比， 温度只要有较小的变化，就会引起物体的辐射功率 发生较大变化。 只要有温度存在，就有红外线摄影成像的可能。
各种裸露接头热故障检测方法和标准
故障类型 热点位置 各种外部裸露接头、 将军帽 隔离刀闸关节、套管 膨胀器 刀闸刀口 建议处理意见
设备存 在疑点
10~15
设备存在 热隐患
15~25
设备存在 热故障
25~40
设备存在 严重热故 障
40℃以上
设备存在 恶性热故 障
60℃以上
10~15 10~15 查明原 因后处 理
• 平均温度与环境温度之差不应大于55℃
• 潜油泵温度与本台变压器其他运行的潜油泵平均温度 之差不应大于30℃ • 变压器套管将军帽温度对环境温度的温升不应大于 70℃，且三相平衡 • 散热器闸门未打开、油枕假油位、潜油泵反转等故障 的热像图也会出现反常
变压器套管发热故障的红外热像图
变压器箱体大盖螺栓发热的红外热像图
• 红外线成像设备的构成
• 红外线滤镜
• 感光器件 • 其它光学和成像系统 • 通过红外线成像设备，就能 探测出物体表面所辐射的不 为人眼所见的红外线，并描 绘出温度场
手持式红外线热像仪
检测热故障的传统方法
1.停电测量电阻值（如变压器和电机通过定期测量绕组直 流电阻来判断是否存在接头接触不良）。 2.在易发热处贴示温片，根据示温片颜色改变，判断是否 过热。 3.设备带电时用绑有石蜡的绝缘杆，将石蜡和接头相接触， 若石蜡熔化则判定为过热点。 4.对设备内部热点采用埋设测温电阻法。
15~20 15~20 安排处理
20~35 20~35 必须 安排处理
35℃以上 35℃以上 马上停电 处理
55℃以上 55℃以上 一定停电 及时处理
2.电力变压器外部热故障检测及标准
• 变压器内部热故障的诊断尚有难度：
• 强油循环使内部热故障的外在原始热场被破坏
• 外表暴露的热故障，可以应用红外成像检测
2.电流互感器内部热点检测和判断标准 • 损耗由铜耗、铁耗和接头电阻损耗组成,由顶帽以热 量的形式散去 • 采用横向和纵向相互比较的方法
• 故障判据：
• 三相互差在20℃以上，温度高者内部有严重热故障 • 温差在15℃以上，应停电试验检查 • 相差10℃以上，应加强监测 • 对环境的温升也不能大ห้องสมุดไป่ตู้70℃
• 电压分布异常和泄漏电流增大引起的热故障； • 各种动作设备（如分接开关、断路器、潜油泵等） 由于磨损引起的热故障； • 个别内部热故障还无能为力。
红外成像技术在电力系统的具体应用
• 外部热故障检测和诊断标准
• 各种裸露接头热故障 • 电力变压器外部热故障
• 绝缘子串热故障
• 电机和其他电力设备热故障
WHY?
3.绝缘子串红外成像热故障检测和诊断
• 劣质和零值绝缘子是最为常见的故障类型 • 根据整个绝缘子串的温度场图像判断 • 良好绝缘子串瓷瓶钢帽上的温度分布与其电压分布相对应， 呈不对称马鞍型
存在劣质绝缘子的绝缘子串红外热像图
电缆终端接头出现裂纹的红外热像图
（二）内部热故障红外成像检测和诊断标准
• 正常变压器的外壳热像图是沿水平线温度均匀 分布的温度场： • 高中低套管的温度三相基本平衡
• 潜油泵不应该有特殊的过热点
• 箱体螺栓的温差不应该过大 • 故障状态下，热像图会发生相应的变化
变压器外部热故障的经验诊断标准：
• 箱体同一水平线的最高和最低温度差不应该大于10℃ • 各螺栓中最高的温度点与平均温度之差不应大于15℃
• 充油设备当油循环受阻、假油位等，也可 能引起热故障或冷故障。
–如散热器上下阀门未打开，使整个变压器温度上升； 而有时个别未打开的散热器又出现温度低的冷故障， 强油循环潜油泵损坏等。
红外成像技术可检测的热故障
• 电力设备内外导流回路热故障； • 高压设备内部绝缘故障导致的热故障；
• 变压器、互感器等内部充油设备缺油、油循环不畅 等引起的热故障； • 变压器铁芯损耗、涡流损耗增加等引起的热故障；
• 电力设备热故障，可分为两类： • 接触热故障（如导体连接件接触不良，电流流 过时发热） • 设备外部：各种裸露接头、压接管、压板和 隔离断路器刀口等。 • 设备内部：设备内部导电回路接触不良、互 感器内部接头松动，变压器绕组和电机定子 线棒焊接处接触不良等。
• 设备元件变质老化：
• 如：阀性避雷器并联电阻劣化或损坏。
上述方法的局限性： 难以准确量化并确定最高点温度。
红外成像诊断热故障的机理：
当带电设备有了热故障，其特点是过热点为最高 温度，形成一个特定的热场，并向外辐射能量。
红外成像技术的特点和优势：
非接触式检测； 在设备运行状态时进行测试； 远距离、准确、实时、快速、简便、安全、可靠、 直观。
电力设备热故障分类与热成像检测的有效性
电流互感器内部局部放电和绝缘老化故障的红外热 像图
A R 01 LI02
32.7℃
A R 02
32
31
30
LI01
29
28.1℃
（二）内部热故障红外成像检测和诊断标准
3.电机定子绕组接头红外检测和诊断标准
检测时间：
运行中检测 大负荷停机或短路试验停机后进行 诊断标准： 对包绝缘的接头，若其表面温度高于平均值 15℃以上，不合格 未包绝缘者，若接头温度超过平均值7℃以上， 则应处理
发电机定子线圈局部过热故障红外热像图