基于红外检测的电气设备故障诊断方法研究

基于红外检测的电气设备故障诊断方法研究

发表时间：2019-04-24T14:52:42.343Z 来源：《中国电气工程学报》2019年第2期作者：颜芳

[导读] 近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。近年来，随着现代红外技术的不断成熟和完善，利用红外检测的远距离、不接触、准确、实时、快速等特点，在设备不停电、不取样、不解体的情况下，能快速实时地在线监测和诊断电力设备的大多数故障。因此，红外检测技术是及早发现设备外部过热故障和内部绝缘故障的重要手段，是开展电气设备状态检修的先进检测方法。利用红外监测技术，在电力系统中发现和避免了许多电力设备事故，确保了

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引言

在现代中国，我们的工业化程度不断提高，人们的生产和生活对于电力的依赖性越来越高，这就要求电力能够保持一定的稳定性，从而为人们的生产和生活提供稳定的动力。但是，在变电站电气设备的运转过程中，难免会出现各种各样的问题，这就要求我们能够及时发现电气设备中存在的隐患和各种故障，避免其进一步发展造成大面积的停电事故和安全事故。这就需要我们能够利用相应的技术和设备来对运行中的电气设备的状况进行相应的检测，从而根据运行中的状态数据来准确地判断电气设备的运行状况以及相应的故障种类等，最终实现对电气设备故障的准确诊断。而红外检测技术则凭借着自己的特点在变电站电气设备故障诊断中占了非常大的优势。

1红外检测技术的原理

红外检测技术即红外在线测温系统，该系统是将红外成像仪放置在在可控高精度数字电动万向云台，同时根据高压电气设备的实际位置以及红外测温系统的有效测温距离安置在高压电气设备构架之上。可手动调节监测角度或者进行巡航监测，监测数据及红外成像会自动保存，并且生成数据报表，监测人员可根据此报表判断设备运行情况。另外，可手动设置温度阈值，若检测温度超过阈值，系统可自动报警，监测人员根据情况及时进行监测修整。

2电力设备红外诊断技术的特点

（1）采用被动式检测，简单方便。由于红外监测探测设备相关部位自身发射的红外辐射能量，不需要辅助信号源和各类检测装置，因此，诊断手段单一，操作方便。（2）不接触、不停电、不取样、不解体。由于电力设备的红外诊断是在设备运行状态下,通过监测设备故障引起的异常红外辐射和异常温度场来实现，它可以做到不停电，不改变系统运行状态，从而可以监测到设备在运行状态下的真实状态信息，并可保障操作安全。（3）可实现大面积快速扫描成像，状态显示快捷、灵敏、形象、直观，监测效率高，劳动强度低。（4）易于进行计算机分析，促进向智能化发展。红外成像诊断仪器配备计算机图像分析系统和各种功能处理软件，不仅可以对监测到的设备运行状态进行分析处理，并可根据对设备红外图像有关参数进行计算和分析处理,迅速给出设备故障属性、故障部位及严重程度。而且，可以把历次设备图像数据资料储存起来，建立设备运行状态档案数据库，供管理人员随时调用。（5）红外诊断使用面广，效益、投资比高。在当前电力预防性试验使用的测试方法中，每一种方法都不可能适用于所有电气设备各种故障的检测。但是，红外诊断技术能够适用于发电厂和变电站、输电、配电等所有高压电气设备中各种故障的检测。（6）红外监测与故障诊断有利于实现电力设备的状态管理和向状态检修体制的过渡，可以对管辖的所有设备运行状态实施温度管理，并根据每台设备的状态演变情况进行有目的维修，而且，通过红外诊断可以评价设备维修质量。

3红外检测技术在变电站电气设备故障诊断中的应用

3.1发电机内部故障的诊断

在对运行中的发电机进行检测主要是运用了红外检测技术的热成像技术，通过对发电机不同部位的不同散热情况进行分析，判断有没有高热或者冷却不到位的情况，从而实现对发电机内部故障的判断。在红外检测技术附带的数据分析软件上，有发电机各个部位包括发电机端盖、轴承以及冷却系统等的发电常数范围，如果温度数据在常数范围内，就证明发电机运转正常。如果某个部件的温度超出了这个范围，就证明这个部位出现了问题，红外检测系统机会进行相应的警报，报告异常部位和异常内容，以供人们进行相应的处理。而对定子绕组进行诊断，则需要加入相应的电流，然后进行相应的温度诊断即可。

3.2变压器故障的诊断

变压器正常的工作状态应该是：顶部是高温区，温度逐渐向下减弱；套管升高座附近温度最高；本体呈现一个明亮的红外热图像。通常采用以下方法判断是否出现过热故障：检查套管端部接点；比较三相套管表面温度是否均匀一致，以判断套管内部是否存在缺陷；散热器表面温度是否均匀，以判断油路的堵塞情况。

3.3检测电流、电压互感器内部缺陷的诊断

高压电器设备在正常运行状态下，电流互感器会有较大电流通过，且电压较高，电流互感器内部的铁、铜介质损耗引发设备升温，而受到高电压的作用，电流互感器内的绝缘介质也会损耗致使设备升温，两面夹击之下设备升温明显。除此之外，电流互感器铁芯片之间部分出现短路情况、绝缘介质内出现大量气隙、电场中出现杂物以及高压电气设备内电场异常分布以及由于加工工艺缺陷而导致的绝缘层松动等这些因素，都是导致高压电器设备局部温度过高的原因。这些问题可以利用红外检测技术进行检测并且迅速判定故障类型。由于电压互感器的热容较小、且体积不大，导致电压互感器内部的铁、铜以及绝缘介质等极易出现损耗。由于这些介质的损耗而导致热功率增加从而导致电压互感器表面温度升高。应用红外检测技术诊断电压互感器时，可排除电压互感器内部铁芯片之间的短路情况以及互感器内部线圈短路等问题，有利于提高故障判断的准确性。

3.4电气设备内部绝缘故障的诊断

在高压电气内部，会由于环境潮湿等问题出现绝缘故障。在没有红外检测技术的情况下，对绝缘故障的判断是通过将高压电器拆解然后分线路检测来判断故障是否存在以及定位故障的位置的，非常浪费时间和精力，并且影响电气设备的正常运行。在红外检测技术的辅助之下，只用对高压电气内部进行热场分析即可判断电气设备内部是否出现绝缘故障。一般情况下，如果热场温度呈现出上高下低的状况，则可判断出电气设备内容出现绝缘故障，需要及时对其进行相应的处理，避免漏电产生设备烧毁或者造成人员安全事故。

3.5其他故障的诊断

在电力系统中，故障现象还有以下几种可以通过红外热成像诊断出：铁磁损耗或涡流故障的诊断；电压分布异常和泄漏电流增大故障