变电站红外测温问题点及红外图谱

变电站红外测温
红外图谱典型发热特征识别
山西省电力公司生技部
山西电力科学研究院
目录第一章变压器
1.1 箱体涡流损耗发热
1.2变压器内部异常发热
1.3冷却装置及油路系统异常
1.4 中性点接地接触不良发热
第二章高压断路器
2.1 外部接线连接故障
2.2 内部触头连接故障
2.3 断路器操作机构箱异常发热
第三章高压隔离开关
3.1 外部连接接触不良
3.2 隔离开关刀口（或触头）处过热
3.3 隔离开关转头部位过热
第四章电压互感器
4.1 电磁式电压互感器内部故障
4.2 CVT电磁单元内部故障
第五章电流互感器
5.1 外部或内部连接故障
5.2 受潮或绝缘故障
5.3 外壳发热
5.4 二次回路故障
第六章电力电缆
6.1 出线接头接触不良
6.2 电缆头局部绝缘不良
6.3 电缆头内部连接不良
第七章金属氧化物避雷器
7.1 阀片受潮或老化
7.2 避雷器瓷瓶污秽引起发热
第八章电力电容器
8.1 并联电容器(串联电容器)
8.2 耦合电容器（包含电磁式电压互感器的电容部分）第九章绝缘子
9.1 低值绝缘子
9.2 零值绝缘子
9.3 污秽绝缘子
第十章高压套管
10.1 导电回路连接处接触不良
10.2 套管缺油
10.3 介质损耗增大
10.4 套管污秽
10.5 穿墙套管支撑板发热
第十一章其他设备
11.1母线连接部位接触不良
11.2输电线路线夹部位接触不良
11.3 导线断股异常发热
第一章变压器
电力变压器分干式和油浸式两类，主要为油浸式变压器。

变压器故障主要包括外部故障和内部故障。

外部故障主要包括导体连接不良、漏磁引起的箱体涡流和冷却装置故障；内部故障主要包括线圈、铁心、引线、分接开关、本体绝缘、支架等部件存在缺陷。

因变压器是大热容量设备，传热路径复杂，内部故障的发热信息很难准确传递到箱体外部，因此红外成像的方法主要诊断变压器的外部故障。

1.1箱体涡流损耗发热
变压器内磁回路会存在漏磁通，该漏磁通在箱壳上感应电动势并形成以外壳螺栓为环流路径的环流。

热像特征是以漏磁通通过并形成环流的区域（螺栓）为最高温度的热场分布。

图1为漏磁通引起的螺栓过热故障时的红外热图像。

图片描述
45.3
异常点温度
Tmax（℃）
34.4
正常点温度T
（℃）
温差△T（℃）10.9
图1 220kV变压器漏磁引起的螺栓发热
1.2 冷却装置及油路系统异常
冷却装置及油路系统异常主要包括管道堵塞、阀门未开、假油位等。

管道堵塞或阀门未开，热油循环被阻断，热像特征是在无热油循环的部分管道或散热器在热像图上呈现低温区，见图3散热器部分；
因油的热传导系数与空气之间的差异，变压器油与相邻空气之间有明显的温度差，油位热像特征是在热像图上有明显的油气分界面，见图3油枕部分。

图片描述
27.7
异常点温度
Tmax（℃）
40.6
正常点温度T
（℃）
温差△T（℃）12.9
图3 220kV变压器散热器油路不通及油枕油位
1.3导体外部连接接触不良发热
变压器导体外部连接接触不良或松动，接触电阻增大，在电流流过时会产生过热。

热像特征是以接触不良部位为最高温度的热场分布。

如图4为220kV变压器110kV侧中性点接地连接不良。

图片描述
42.9
过热点温度
Tmax（℃）
环境温度参照
29.3
体温度T0（℃）
温升△τ（℃）13.6
图4 220kV变压器110kV侧中性点接地接触不良发热
第二章 高压断路器
高压断路器主要包括油断路器、SF6断路器、真空断路器和压缩空气断路器，
目前SF6断路器为应用最多的高压断路器。

断路器包括断路器本体和操作机构等。

断路器本体发热故障主要有外部接线连接故障和内部触头连接故障两种。

外部接线连接故障主要指与外部引线连接部位接触不良。

内部触头连接故障主要包括动、静触头接触不良、中间触头、静触头座接触不良等。

操作机构还可能发生机构箱内的加热除湿装置损坏等故障。

2.1 外部接线连接故障
断路器外部接线端子与导线连接不良，连接部位接触电阻增大，电流流过会引起过热。

热像特征是以故障连接点为最高温度中心的温度分布热像图。

图5为断路器下引线连接螺栓松动的热像图谱。

图5 断路器外部引线接触不良
2.2 内部触头连接故障
封闭在断路器内部的触头接触不良，接触电阻增大，导致触头连接部位发热。

热量一部分由静触头座和顶帽、导电杆、中间触头和基座法兰等导体传递；一部分由SF 6气体经瓷套传出，因气体导热性差，这部分传热所占比例小。

呈现出的热像为顶帽和基座法兰温度高于瓷套表面温度。

动静触头接触不良发热时，因其距上部顶帽比到瓷套基座法兰近，上端顶帽温度高于瓷套基座法兰的温度，热像特征是以上端顶帽为最高温度的分布热图，图6为断路器内部动静触头连接不良发热。

图片描述 过热点温度Tmax （℃） 34.8 正常相温度T （℃） 23.7 环境温度参照体温度（℃）
17
图6 220kV断路器内部动静触头连接不良发热
中间触头接触不良发热，因其距瓷套基座法兰比到上部顶帽近，瓷套基座法兰温度高于上端顶帽的温度。

热像特征为下端瓷套基座法兰为最高温度的热图分布。

图7为220kV断路器中间触头连接不良发热图谱。

图7 220kV断路器中间触头连接不良发热
2.3 断路器操作机构箱异常发热
断路器操作机构箱内的加热除湿器控制装置损坏，导致加热电路失控而持续工作，进而导致整个机构箱发热。

热像图显示整个机构箱整体发热。

图8 为220kV 断路器操作机构箱除湿加热器损坏失控引起发热。

图片描述
过热点温度Tmax
33.8
（℃）
正常相温度T（℃）21.6
17
环境温度参照体温
度T0（℃）
温差△T（℃）12.2
相对温差δ（％）72
图8 220kV断路器操作机构箱除湿加热器损坏失控引起发热
第三章高压隔离开关
高压隔离开关结构简单，主要有底座、支柱绝缘子、静触头、导电闸刀、导电罩、转动球头等构成。

隔离开关的过热故障比较普遍且突出，主要有外部引线连接发热、动静触头发热、导电罩（即转帽）发热、转动球头（或转轴）发热等。

隔离开关各结构部件基本外露，过热故障均属于电流致热型外部故障。

3.1 外部连接接触不良
隔离开关外部引线接触不良引起的发热，热像是以故障部位为最高温度的热像图，如图9。

图片描述
56.4
过热点温度Tmax
（℃）
正常相温度T（℃）13
环境温度参照体温
7
度T0（℃）
温差△T（℃）43.4
相对温差δ（％）87
图9 500kV隔离开关接线板发热
3.2 隔离开关刀口（或触头）处过热
隔离开关闭合不好、表面氧化或有结构缺陷时，刀口处因接触电阻变大而引起过热，热像特征是刀口处温度最高，如图10为一220kV剪刀式隔离开关刀口处接触电阻增大引起发热。

如图11为35kV隔离开关刀闸触头发热。

图片描述
42.9
过热点温度
Tmax（℃）
19.1
正常相温度T
（℃）
13.3
环境温度参照体
温度T0（℃）
温差△T（℃）23.8
相对温差δ（％）80
图10 220kV剪刀式隔离开关刀口发热
图11 35kV 隔离开关刀闸触头接触不良
3.3 隔离开关转头部位过热
隔离开关转头处因转动球头滑动接触不良引起过热，热像特征是转动球头部
位温度最高。

如图12为110kV 隔离开关转头发热。

图片描述 过热点温度Tmax （℃） 52.4 正常相温度T （℃） 27.4 环境温度参照体温度T0（℃） 23.7 温差△T （℃）
25
相对温差δ（％） 87
图12 110kV 隔离开关转头发热
图片描述 过热点温度Tmax （℃） 54.6 正常相温度T （℃） 27.2 环境温度参照体温度T0（℃） 20 温差△T （℃）
27.4
相对温差δ（％） 89
第四章电压互感器
电压互感器有浇注式和油浸式两种。

油浸式主要有线圈、铁芯、绝缘构件、瓷套和储油柜组成。

电压互感器是典型的电压致热型设备，发热与负荷关系不大。

电压互感器的故障主要包括整体受潮、内部绝缘老化、局部放电、线圈和铁芯故障等。

（注：本章内容只针对电磁式电压互感器和CVT电磁单元）
4.1 电磁式电压互感器内部故障
电压互感器内部出现绝缘、线圈和铁芯故障时，由于瓷套导热系数小，热量主要经油自下向上传递到储油柜油面处，再径向传出。

热像特征是以顶部储油柜油面处为最高温度，成上高下低温度分布的整体发热热像。

图13为电磁式电压互感器本体异常发热。

a）可见光图片b）红外热像图
图13 电压互感器本体异常发热
4.2 CVT电磁单元内部故障
CVT电磁单元发生内部故障时，故障产生的热量会使油箱内油温升高。

热像特征是一个以电压互感器本体顶部为中心上高下低的整体发热热像。

图14为油箱内部阻尼装置元件击穿导致发热的图谱。

a）可见光图片
b）红外热像图
图14 CVT电磁单元异常发热
第五章电流互感器
电流互感器主要有浇注式和油浸式两种。

电流互感器一次电流大，发热除绝缘介质损耗发热外，还有与电流（负荷）相关的铜损发热故障。

电流互感器的过热故障主要有外部连接不良过热、内部接线不良发热、内部绝缘故障及二次回路故障。

为区分内部接线不良发热和内部绝缘故障，可通过降负荷观测热像变化，若发热与负荷无关，可判定为绝缘故障。

5.1 外部连接故障
电流互感器外部出线接头连接不良，接触电阻增大，通过电流时会引起发热。

其热像特征是以接触不良处为最高温度中心的热像图。

图15为110kV电流互感器外部出线接触不良。

图片描述
过热点温度Tmax（℃）63.9
正常相温度T（℃）30.6
17
环境温度参照体温度
T0（℃）
温差△T（℃）33.3
相对温差δ（％）71
图15 110kV电流互感器外部出线接触不良
5.2 内部连接故障
内部电气接头（包括一次线圈紧固螺母、电流变比连接板接头等）连接不良引起发热故障，一部分热量经导体沿导体方向传播；一部分热量首先传递给油，再经过油传递到顶部法兰、油箱和瓷套表面散发出去，因瓷套的导热系数小，热量主要经顶部法兰和油箱散出。

热像特征是以顶部油箱油面处和故障部位引出端子（如绕组端头、串并联出线头等）为最高温度中心的热场分布。

图16为35kV 电流互感器内部接线发热图谱。

图片描述
A相温度T A（℃）58.9
B相温度T B（℃）54.8
C相温度T C（℃）53.5
17.7
环境温度参照体
温度T0（℃）
图16 35kV 电流互感器内部接线发热
5.3 受潮或绝缘故障
电流互感器受潮、介损增大会引起整体发热，内部绝缘工艺缺陷和局部放电会导致局部发热。

热像特征是电流互感器本体整体发热或本体局部温度过高，如图17为110kV 电流互感器B 相介损超标整体发热；图18为110kV 电流互感器外绝缘护套局部放电发热。

图17 110kV 电流互感器B 相介损超标整体发热
图18 110kV 电流互感器外绝缘护套局部放电发热 5.4 二次回路故障
二次回路故障包括回路端子连接不良、保险器熔断或接触不良等，连接不良处接触电阻大，通过电流时发热增大；保险器熔断处回路被切断，电流无法流过，不发热。

连接不良故障的热像特征是以故障点为最高温度中心的热像，保险器熔断的热像特征是故障点温度最低。

图19为10kV 电流互感器二次接触不良发热，右图为可见光图。

图片描述 过热点温度Tmax （℃） 37.3 正常相温度T （℃） 20 温差△T （℃）
17.3
图19 10kV电流互感器二次接触不良发热（右图为可见光图）
第六章电力电缆
高压电力电缆有油浸纸绝缘电缆、橡塑电缆、充油电缆和交联聚乙烯绝缘电缆等。

目前，交联聚乙烯电缆为应用最广的电力电缆。

电力电缆由电缆本体和电缆接头盒构成。

本体内部结构从内到外依次为导体、绝缘层、护层。

电缆接头盒包括中间连接盒与终端附件等。

中间连接盒与终端头是电缆线路易出现故障的薄弱环节。

电力电缆的故障主要有本体或电缆头连接不良、绝缘层受潮或老化、内部局部放电等。

6.1 出线接头接触不良
电缆与其它导线联接头因连接不良或表面氧化，造成连接点接触电阻过大引起发热，热像特征是以接头部位为最高温度的热像分布图，如图20。

36.9
过热点温度Tmax
（℃）
正常相温度T（℃）23.4
21
环境温度参照体温
度（℃）
温差（℃）13.5
相对温差（％）84
图20 35kV电缆接头接触不良
6.2 电缆局部绝缘不良
电缆因加工不良或长期运行造成绝缘层局部损伤、受潮、劣化等缺陷，热量从内向外传出，径向温度按指数规律递减。

热特征是电缆绝缘损坏处出现局部区域温升偏大，如图21。

图片描述
过热点温度Tmax
26.8
（℃）
正常相温度T（℃）22.7
20
环境温度参照体温
度T0（℃）
温差△T（℃） 4.1
相对温差δ（％）60
图21 35kV电缆局部绝缘老化
6.3 电缆头内部连接不良
封闭在绝缘层里的电缆头存在连接故障时，连接点接触电阻增大而引起发热，热像特征是以电缆头出线鼻端连接部位为中心的热像，如图22。

图片描述
过热点温度
34.4
Tmax（℃）
26.7
正常相温度T
（℃）
23
环境温度参照体
温度T0（℃）
温差△T（℃）7.7
相对温差δ（％）67
图22 35kV电缆头内部连接不良过热
第七章金属氧化物避雷器
金属氧化物避雷器主要由氧化锌阀片和外绝缘瓷套组成。

金属氧化物避雷器正常运行时有一定的阻性电流分量，热像特征呈现整体轻微发热，最热点一般在中部偏上，且发热基本均匀。

金属氧化物避雷器发热故障主要包括内部阀片受潮、老化和外瓷套污秽。

7.1阀片受潮或老化
避雷器阀片受潮，损耗增大，受潮阀片发热，部分阀片受潮热像特征一般表现出局部热特征，整个元件阀片受潮表现为整个元件发热；避雷器阀片老化，损耗增大，老化阀片发热，避雷器阀片老化一般为整个元件或整相老化，热像特征通常表现为整相或整个元件发热的特征。

另外当故障元件受潮或老化严重时，可能引起正常元件损耗增大，热像特征为正常元件整体发热。

如图23为220kV氧化锌避雷器B相阀片受潮发热。

图24为110kV氧化锌避雷器上节阀片整体老化发热。

图23 220kV氧化锌避雷器B相受潮发热
图24 110kV氧化锌避雷器上节阀片整体老化发热
7.2 避雷器瓷套污秽引起发热
避雷器瓷套污秽（尤其在潮湿的环境中）会引起表面局部泄漏电流变大，瓷套出现局部发热，热像特征是外部瓷套会显示层次清晰的局部过热区。

图25为
避雷器瓷套污秽引起局部发热。

图25 避雷器污秽引起局部发热
第八章电力电容器
电力电容器有外部封装容器和内部电容芯子（电容包）组成。

主要包括铁壳封装的串（并）联电容器和瓷套封装的耦合电容器两种类型。

低压串（并）联电容器主要的发热故障有外部连接不良，内部绝缘受潮、老化、浸渍不良，漏油等。

耦合电容器主要为电压致热型故障，主要有绝缘受潮、老化和局部放电等。

（注：本章耦合电容器内容可以适用于CVT电容分压器单元）
8.1 串(并)联电容器
8.1.1 外部出线熔丝容量减小（如断股）
并联电容器出线熔丝容量减小，熔丝电阻增大，电流流过会引起熔丝发热，热像特征是容量减小的熔丝整体发热，且靠近电容侧温度最高，如图26。

图片描述
过热点温度
44.3
Tmax（℃）
29.1
正常相温度T
（℃）
温差△T（℃）15.2
图26 35kV电容器出线保险熔丝发热
8.1.2 电容器组联线接触处发热
电容器组同相间或相间连接线连接不良，接触点的电阻增大，引起连接部位发热。

热像图谱是以连接不良处为最高温度的分布热图，如图27。

图27 500kV电容器组联线接触处发热
8.1.3 电容器内部损耗增大
串(并)联电容器绝缘受潮、老化呈现为整体发热的热像。

内部有放电时会引局部温升，热特征在电容器外壳上会形成局部过热区域。

图28为10kV电容器内部局部放电引起过热。

图28 10kV电容器内部局部放电引起过热
8.2 耦合电容器（包含电磁式电压互感器的电容部分）
耦合电容器受潮、介质老化后，损耗增大，热像特征是整体发热，温度分布自上而下递减，表面温升高于正常状态下的温升。

图29为220kV耦合电容器下节介损偏高发热。

图29 220kV耦合电容器下节介损偏高发热
第九章绝缘子
绝缘子包括支柱绝缘子和线路绝缘子。

支柱绝缘子有瓷柱和金属附件组成。

主要的发热故障有瓷质劣化或表面污秽等缺陷引起的局部过热。

线路绝缘子分为复合绝缘子和瓷质绝缘子。

复合绝缘子由纤维芯棒和伞裙组成。

发热故障主要有芯棒受潮、伞裙老化或破损等。

瓷质绝缘子由铁帽、钢脚及瓷件用水泥胶合构成。

瓷质绝缘子又分为针式、瓷横担和悬式绝缘子。

正常悬式绝缘子串的温度分布同电压分布规律对应，即呈不对称的马鞍型，相邻绝缘子之间温差很小。

瓷质绝缘子故障主要有低值绝缘子、零值绝缘子及外绝缘瓷盘污秽等。

9.1 低值绝缘子
绝缘子串劣化初期，绝缘子绝缘电阻值降低很少，其分布电压依然主要决定于杂散电容值，低值绝缘子上分布电压基本不变，绝缘电阻下降引起发热增加。

低值绝缘子热像特征是以钢帽为发热中心的热像图，如图30。

图30 220kV瓷低值绝缘子发热
9.2 零值绝缘子
绝缘子片已劣化到绝缘电阻很小时，其上的分布电压已主要取决于绝缘电阻，零值绝缘子上的分布电压很小，使其温度低于正常绝缘子温度。

热像特征是与相邻良好绝缘子相比呈暗色调（负温升）的热像，如图31。

图31 220kV瓷绝缘子串（发暗的为零值绝缘子）
9.3 污秽绝缘子
绝缘子表面污秽时，其本身绝缘电阻及分布电压并无太大改变。

而瓷盘表面污秽层会使绝缘子表面电阻降低，表面爬电泄漏电流增加，导致瓷盘温升变大。

热像特征为污秽的悬式瓷绝缘子瓷盘温升偏大，如图32。

图片描述
22
过热点温度
Tmax（℃）
正常点温度T
18.7
（℃）
温差（℃） 3.3
图32 220kV悬式绝缘子污秽发热
第十章高压套管
高压套管主要用于变压器、电抗器、断路器等电力设备进出线和高压电路穿越墙体等的对地绝缘。

高压套管有单一介质套管、复合介质套管和电容式套管三种。

电容式套管主绝缘由层状绝缘材料和箔状金属电极在导电杆上相间卷绕而成的同轴圆柱形串联电容器组构成。

根据绝缘材料不同，又分为胶纸和油纸电容式套管。

高压套管运行中主绝缘要承受高电压的作用，导电部分要承担大电流。

其主要故障有内、外部电气接头连接不良、套管绝缘受潮和劣化、套管缺油、电容芯子局部放电和末屏对地放电等。

10.1 导电回路连接处接触不良
套管外部导电回路连接件接触不良，造成接触电阻过大而过热，热像特征是一个以故障点为最高温度中心的热谱图。

图33为导电回路连接件接触不良所致发热。

图片描述
56.1
过热点温度
Tmax（℃）
正常相温度T
37.7
（℃）
26.5
环境温度参照体
温度T0（℃）
温差△T（℃）18.4
相对温差δ（％）62
图33 220kV变压器高压B相出线接触不良
10.2 套管缺油
变压器油的导热系数为空气的4倍左右，套管缺油处导电杆产生的热量不易通过气体传到瓷套，因而热像显示无油处温度比充油处温度偏低。

热像特征是套管上有明显的冷热（油气）分界面。

当套管因缺油未及时处理而引起缺油部位放电时，套管缺油低温区会形成局部发热热像。

图34为220kV变压器高压套管缺油发暗及套管柱头发热。

图34 220kV变压器高压套管缺油发暗及套管柱头发热
10.3介质损耗增大
套管绝缘进水受潮、老化或油劣化，会使套管介损增大。

热像特征是套管整体温度偏高。

图35为110kV套管介损增大整体发热图谱。

图35 110kV套管介损增大整体发热图谱
10.4 套管污秽
套管表面污秽会增大局部表面泄漏电流，引起套管表面局部过热。

即使在不带负荷的状态下，因额定电压的作用，热像特征显示污秽区域比正常区域仍有明显温升。

图36为220kV穿墙套管表面污秽发热。

图36 220kV穿墙套管表面污秽发热
10.5 穿墙套管支撑板发热
大电流穿墙套管的支撑铁板未开口，会引起较大的涡流损耗发热，热像特征是支撑钢板上有明显温升。

图37中穿墙套管支撑板涡流发热。

图37 穿墙套管支撑板涡流损耗发热
第十一章其他载流设备
11.1 母线连接部位接触不良
变电站母线对接处接触不良，接触电阻增大，电流流过会产生过热，热像特征为以对接点为最高温度中心的明显发热图像，如图38。

图片描述
过热点温度
Tmax（℃）
43.8
正常相温度T
（℃）
22.4
环境温度参照体
温度T0（℃）
14.1
温差△T（℃）21.4
相对温差δ（％）72
图38 220kV母线对接处接触不良
11.2 输电线路线夹部位接触不良
输电线路导线线夹处接触电阻大，电流流过产生过热，热像特征为以连接部位为最高温度中心的明显发热图像，如图39～40。

图39 110kV母线T型线夹接触不良图片描述
过热点温度Tmax （℃）
46.8 正常相温度T（℃）21.4 环境温度参照体温
度T0（℃）
18 温差△T（℃）25.4 相对温差δ（％）88
a) 红外热像图
b) 可见光照片
图40 220kV线路引流线并沟线夹发热
11.3 导线断股异常发热
导线因设计缺陷或外力破坏等原因造成导线断股，致使整个断股导线发热。

热像特征为断股导线整体发热，如图41。

图41 导线断股故障发热。