红外热成像仪在变电站的应用

红外热成像仪在变电站的应用

摘要：依据红外测温基本定律制成的红外测温设备在现代电力系统的运行中有着极有效的应用，使用红外热成像仪在电网大负荷、特殊运行方式等情况下对设备巡检，能及时发现设备隐患，为设备状态检修提供有利的帮助。我公司北区集控站在平时的巡视维护中，广泛依托“萨特”红外热像仪对变电一、二次设备进行测温，运用红外分析软件对测温结果进行分析，及时发现设备发热缺陷，有效保证设备安全可靠运行。依据在实际工作中红外测温成像仪的应用及发热缺陷处理结果，特制定红外测温管理规定，加强红外测温管理，提高了供电可靠性，保证了电网安全稳定运行。

关键词：变电站；红外线；测温；实际应用；成效；管理规定在电力系统中，电力设备的安全直接关系着电网能否正常运行，工农业

和居民生活用电是否稳定可靠。设备的安全除了其本身的质量问题以外，对设备安全造成的最大危害的就是设备在运行过程中发热而产生的缺陷。在现有的技术条件下，对运行中的设备进行温度测试，只有红线测温技术才有良好的效果。红外测温技术在现在无人值守变电站巡视中的应用十分广泛，也有着很好的效果。随着科技的进步，伴随着用电规模的扩大，合理、正确使用红外测温来检测设备的运行状况，对及时发现设备存在的缺陷，提高供电质量就显得至关重要。

一、红外测温原理与技术应用

任何物体由于其自身分子的运动，不停地向外辐射红外热能，从而在物体表面形成一定的温度场，俗称“热像”。红外诊断技术正是通过吸收这种红外辐射能量，测出设备表面的温度及温度场的分布，从而判断设备发热情况。根据红外辐射的基本定律①可知：一个被测物体的表面辐射系数一定时，它的辐射功率与其绝对温度T的四次方成正比。因此，对物体表面温度的检测就变成为对其辐射功率的检测。物体的辐射功率是与它的材料、结构、尺寸、形状、表面性质、加热条件及周围的环境和其内部是否有故障、缺陷等诸多因素是密切相关的。当被测物体其他条件不变的情况下，仅仅是产生了故障和缺陷，那么它的表面温度场分布将会发生相应变化；若被测物体的材料特性发生异常，其表面的温度也相应改变，因而应用红外进行温度的检测，可以为分析被测目标的现有状态提供极好的信息。这就是红外测温和红外诊断的基本原理。

基于这些原理发展而成的红外热成像技术是通过对电气设备表面温度及其分布的测试、分析和判断，准确地发现电气设备运行中的异常和缺陷，从而预知设备运行状况，提前安排设备检修日期，可以为设备良好运行做好侦察兵。利用红外热成像仪等诊断技术可实现变电设备运行状态时远距离、不停电、不接触、不取样、不解体的情况下，检测出设备故障引起的异常红外辐射和温度，有效的判断设备存在的外部缺陷和内部缺陷，从而实现故障隐患的提早发现并及时进行

处理，给电力系统设备状态监测提供了一种先进手段。

二、变电站运用红外热成像仪的具体方法及实际意义

在实际工作中红外检测诊断分析方法一般有：表面温度判断法、同类比较法、图像特征判断法、相对温差判断法、档案分析法、实时分析法。①表面温度判断法：主要使用于电流致热型和电磁效应引起的发热设备。根据测得的设备温度值，对照DL/ T 664 - 2008 中关于高压开关设备和控制设备各种部件、材料和绝缘介质的温度和温升极限的有关规定，结合环境气候条件、负荷大小进行分析判断，来确定设备的热缺陷。这种方法能比较直观地判断出设备的故障，条件是设备的温升较高，所判断出的故障一般都要及时处理。②同类比较法：根据同组设备、同类设备之间对应部位的温差进行比较分析。这是一种根据不同类型的设备有着不同判断的方法，对于电压致热的设备，温升很小，但温差相差几度，就可以判断出设备已经存在缺陷。③图像特征判断法：主要适用于温升比较小的电压致热设备，如电压互感器、避雷器、套管等设备。根据同类设备的正常状态和异常状态的热图像，判断设备是否正常，要注意排除各种干扰因素对图像的影响，做到精确测温，使三相设备同时充满整个仪器的视场，以便进行分析判断。

④相对温差判断法：相对温差(δ) 为2 个对应测点之间的温差与其中较热点的温升之比的百分数，用公式表示为：δ = ( t2 - t1) / ( t2 - t0) ×100 % 式中δ——相对温差；t2——发热点温度，℃；t1——正常相对应温度，℃；t0——环境温度，℃。理论及试验证明与相对接触电阻的相对偏差非常接近，δ判断法主要适用于电流致热型设备，特别是温升高于10 ℃的小负荷电流致热设备，可以降低小负荷缺陷的漏判率。⑤档案分析法：分析同一设备不同时期的检测温度场，找出设备致热的参数变化，判断设备是否正常运行。在几年的测温实践中，建立的档案对于分析变电站测温历史数据有着重大的意义，可以更准确的了解设备运行情况、设备的缺陷状态及掌握设备缺陷发展趋势。⑥实时分析法：在一段时间内适用红外热成像仪连续检测，观察设备热像和温度随负载、时间等因素的变化。这种方法适用于设备运行方式的改变、新投产的设备测温，能及时掌握设备在改变负荷后的运行情况及新投产的设备运行情况。

变电站的设备巡视是运行人员在当值期间都必须要进行的一项重要工作。巡视主要是查看变电站主要设备的运行情况，在过去多年测温方法主要有目测、手摸（零电位）和鼻闻等方式，其中又以目测为主。像广泛应用的利用试温蜡片颜色的变化来判断设备温度的方法就属于目测的测温手段。虽然目测有着良好的效果，但这种方法有着很大的局限性，对一些有发展性的缺陷较难准确发现，凡是在运行中易发热是其主要特征的设备缺陷，往往要到设备发热到一定的程度后才能被发现，但此时，设备一般已有一定程度的损坏，在这种情况下目测的方法就体现了它的滞后性，延误了消除缺陷的时间。其他方法也都有其不确定性的因素存在，况且用人体来触碰带电设备来检验其是否发热这一方法也并不可取。此时，红外热像仪就显示它无可比拟的优越性：

(1)通过对设备表面温度分布的测量，可以分析设备内部热损耗部位和性质，从而判断该设备的健康状态。热点温度直观显示，热图像清晰，能储存和打印。

(2)具有定性成像与定量测量的双重功能，并有较高空间分辨率和温度分辨率，能够辨别很小的温差。实时热图像能够清晰显示在屏幕上，为建立热图像数据库提供了条件，实现了图像采集、储存、分析于一体的功能。

(3)用红外热成像仪检测设备，属于远距离非接触式的扫描巡检，可以保证人身设备的安全。

(4)红外热成像仪检测设备，如同用摄像机录像，能够快速的对大面积的设备进行检测，能够准确、直观的发现与运行电压、电流有关的设备缺陷，还可对缺陷的性质、位置、程度做出定性、定量的判断。

使用红外热像仪对设备进行测温作为无损、非接触检测设备的技术手段，在设备带电运行时，可以发现其它监测手段无法发现的热缺陷，减少故障导致的非计划停运时间，具有超前诊断的优越性等优点，已经在电力行业广泛使用。

三、红外热像仪在集控站的应用

我站现在拥有HM—300红外热像仪一台，在各受控站的日常维护和特殊巡视时能及时发现缺陷、保证电网的可靠安全运行。在日常的巡视中，我们应加强对负荷较重的设备和重要负荷设备易发热点的巡查测试。红外成像仪能很清楚地显示设备的温度场，对设备的整体发热情况作很直观的观察，对同一设备的不同点温度的异常也能很快发现，具有稳定、可靠、测温迅速、分辨率高、直观、不受电磁干扰以及信息采集、存储、处理和分析方便等优点。自2010年使用以来，多次发现设备温度缺陷，由于提前预知，大大降低了设备的损坏率。为我公司迎峰度夏和重大节假日期间保证供电起到了很大的作用，下面结合我们的实践，对利用红外热像仪提高运行人员的巡视效果和缺陷分析能力作一下介绍。

（一）变压器

变压器工作中的正常状态应该是：(1)顶部是高温区，温度逐渐向下减弱；

(2)套管升高座附近温度最高；(3)本体呈现一个明亮的红外热图像。而判断其是否出现过热故障则应根据以下几条：①检查套管端部接点；②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；③散热器表面温度是否均匀，以判断油路的堵塞情况。

2010年5月10日分使用HM-300型红外热电视成像系统对我站35kV新庄变电站的高压电气设备进行红外测温，发现新1#主变低压侧C相套管桩头(河南逐鹿生产，型号SZ9—5000/35)发热(发热成像见图1)，从图中可以明显看见新1#主变低压侧C相套管桩头有一发热点，具体测试温度见表1。