红外成像技术在电力设备状态检测中的应用

红外成像技术在电力设备状态检测中的应用

发表时间：2017-12-30T21:20:16.187Z 来源：《电力设备》2017年第25期作者：徐康董世欢冯立张文超卢正中

[导读] 摘要：在电气设备所发生的各类故障中，除在长期运行中因化学、电、热或机械等原因逐步引起的设备老化或失效外，还有一些设备故障是由于所用材料或零件本身存在内部缺陷所致，在设备制造过程中埋下了隐患。

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摘要：在电气设备所发生的各类故障中，除在长期运行中因化学、电、热或机械等原因逐步引起的设备老化或失效外，还有一些设备故障是由于所用材料或零件本身存在内部缺陷所致，在设备制造过程中埋下了隐患。缺陷带来的故障隐患发展，最后造成设备事故。红外成像技术是电力设备状态检测中的一项行之有效的技术，它能及时有效地发现和诊断出运行电力设备的事故隐患和故障先兆，以便于采取合理、可靠的处理措施，减少或避免电力设备因过热故障而引发的突发性设备事故。

关键词：电力设备；状态检测；红外成像技术；应用

1红外成像技术原理

红外成像技术是利用探测器接受物体发出的红外辐射，经过光电信息处理，最后以数字、信号、图像等方式呈现出来。最后利用该技术，对物体反映出的问题进行实时解决。该技术适用于工农业各领域，涉及光学系统设计、器件物理、材料制备、微机械加工、信号处理与显示、封装与组装的系列专门技术。红外成像技术利用自然界一切事物都会放射红外线的特性，将载有物体信息的技术客观的显现在北侧目标上。它通过光电红外探测器将物体发热部位辐射的功率信号转换成电信号后，经系统处理，形成热像图。红外热成像仪通过对红外能量进行非接触，将其接触信号转换为电信号，在显示器上自动生成图像和温度值，可以应用于植物观测和电气设备故障检修。从其成像原理来看，它不仅能使测量精准化，同时对故障区域的准确识别和判断，更能体现出红外成像技术的优点。

2红外成像检测方法

在当前的科技条件下，红外成像诊断方法可以分为几种：

2.1表面温度判断

主要适用于电流致热型和电磁效应引起发热的设备。凡温度或温升超过标准者可根据温度超标的程度、设备负荷率大小、设备的重要性以及设备承受机械应力的大小来确定设备缺陷的性质。不过这种方法只能判断设备的部分故障，无法充分显示红外诊断技术的优越性。

2.2相对温差判断

这种方法是指设备相同的两个对应测点的温差比较，它可以排除设备负荷和环境温度不同对检测产生的干扰作用。当环境温度低，特别是负荷电流小的情况下，设备的温度值并没有超过相关标准的规定，采用这种方法可以降低小负荷缺陷的漏判率。

2.3图像特征判断

该方法是通过同一类设备在正常情况和异常情况下的热像图差异比较判断设备是否正常的方法，对于一些常用电气设备出现的常规故障来说，这一方法易懂且易操作。该方法主要适用于电压致热型缺陷。

2.4档案分析判断

档案分析法时将测量结果与设备的红外技术档案相比较来进行分析。这种方法有利于对重要的、结构复杂的设备进行准确诊断。应用这种方法的前提是要为被诊断的设备建立红外热像检测技术档案，在诊断设备有无异常时，可以分析该设备在不同时期的红外热像检测结果，其中包括温度、温升和温度场分布有无变化，掌握设备发热的变化趋势，同时还应参考其它相关检测，进行综合判断。

3电力设备状态检测中红外成像技术的应用

3.1电力设备状态检测中的应用

红外热成像技术在当下社会发展的进程中，应用领域不断扩大。基本上只要有高温运转的设备，都可应用到红外热成像技术。在该技术的检测下，既能保证设备安全运转，也能发现异常现象，排除隐患。不过红外热成像技术的最主要应用还是在于电力设备检测中。随着电力系统朝着高电压大容量的方向发展，如果电力设备出现细微故障，其后果和影响不可谓不严重，对社会的生产发展更是会带来不良后果。采用红外热像诊断的技术可以及时发现故障或预测故障的发展趋势并采取相应的措施，使很多故障在为发展的很严重时就被发现并解决了。它无需接触被检测设备，即便在设备运转的情况下，也能完成准确直观的检测。与传统的停电检测相比，红外热成像技术有着高效、节约时间的巨大优势。

3.2电力设备外部故障和内部故障中的应用

电力设备的外部故障虽是裸露在设备外部的问题，但一些细小的故障不能靠人为肉眼发现。这些故障包括各种裸露接头、压板、隔离开关等接触不良，元件变质老化等，而红外检测仪能直接检测到，更方便获得直观的故障信息。电力设备的内部故障是指封闭在固体绝缘、油绝缘以及设备壳体内部的电气回路故障和绝缘介质劣化引起的故障。根据各种电气设备的内部结构和运行状态，依据传热学理论，分析金属导电回路、绝缘油和气体等引起的传导、对流，从电力设备外部显现的温度分布热像图，可以判断出的各种内部故障。

当电力设备故障以热状态表现出来，就要通过红外检测仪将被诊断设备的红外辐射信号转换为电信号，从而做出设备有无故障及故障属性、位置、严重程度的诊断判别。电气设备在工作的时候，由于电流、电压的作用，将产生以下3种主要来源的发热：①电阻损耗发热，当电流通过电阻时将产生热能，这是电流效应引起的发热，大量表现在载流电气设备中；②介质损耗发热，电气绝缘介质由于交变电场的作用，使介质极化方向不断改变而消耗电能并引起发热，这种发热为电压效应引起的发热；③铁损致热，当在励磁回路上施加工作电压时，由于铁心的磁滞、涡流而产生电能损耗并引起发热。电力设备内部故障是由于存在局部放电、绝缘材料劣化和绝缘油受潮等原因引起的，设备温度的变化是反映整体电气性能和绝缘特性的变化。

4 红外检测管理流程

检修部门的红外检测原则上由本部门红外检测专责人编制管辖变电所的红外检测工作计划，并交由生产调度安排红外检测人员进行检测，管理流程如图1所示；

图1 红外检测管理流程图

5应用实例分析

2016年7月5日，运行值班员在对220kV某变电站#2主变110kV侧21间隔测温时发现，221刀闸A相、B相、C相刀口发热红外成像异常，如图2-4所示。A相刀口温度107.7℃，温升79.7K；B相刀口温度109.1℃，温升81.1K；C相刀口温度123.5℃，温升95.5K。依据《带电设备红外诊断应用规范》DL/T664-2016的附表A.1电流致热型设备缺陷诊断缺陷：

设备类别和部位：隔离开关，刀口

故障特征：隔离开关刀口弹簧压接不良

热像特征：以刀口压接弹簧为最高温度的热像

缺陷原因：设备因长期运行，发热触指与触指座的接触不良。

缺陷性质：211刀闸A相刀口发热，热点温度＞90℃，且＜130℃，为电流致热型的严重缺陷；211刀闸B相刀口发热，热点温度＞90℃，且＜130℃，为电流致热型的严重缺陷；211刀闸C相刀口发热，热点温度＞90℃，判定为电流致热型的严重缺陷。

经过复测，热点温度与初测时相近并确认缺陷。

结论：上述缺陷为严重缺陷。

建议：1、根据输变电设备缺陷检修决策导则（试行）Q/GDW 2013中隔离（接地）开关缺陷检修决策导则（初稿）5：隔离（接地）开关各类缺陷检修决策，运维单位需记录在案，并加强对发热点的温度监测。需尽快安排检修，检修工作应于1月内实施检修，处理时对刀口进行打磨、紧固处理，必要时更换缺陷部位，处理完毕后对其一次回路电阻进行测量以检验处理效果；

2、由于金属连接部位是电力设备的薄弱环节，搭接界面或压紧程度不够，在高温及高负荷的情况下，发热比较明显，容易造成连接部位融化，造成事故，故在每次搭接电气设备接头时，搭接面搭接应足够，螺栓连接应压紧，在日常运行维护时对金属连接部位加强监测。

6结束语

电力设备的检测是发展电力系统的不可或缺环节，一旦发生故障将会产生多方面的影响，因此电力设备的检测越来越得到人们的关注和重视。红外热成像技术的出现为提前预知设备故障、发现设备缺陷、及时采取有效手段制止故障产生提供了可行性条件，避免了设备事故的出现，保证了电力的正常运行。它的高灵敏度和直观准确的特点，在电力设备的检修中发挥了巨大的实用价值，为安全供电提供了保障。

参考文献：

[1]红外成像技术在现代化电厂的应用[J].柳斌.河南科技.2013（11）

[2]谈红外成像技术在变电设备巡视中的应用[J].任福贵.电子技术与软件工程.2016（14）