红外诊断技术在电气设备状态检修中的应用.docx

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红外诊断技术在电气设备状态检修中的应用

红外诊断技术在电气设备状态检修中的应用

在红外诊断技术进入电力系统带电运行设备的缺陷诊断之前，通常是采取夜间（熄灯）与小雨天巡视检查、投放试温蜡片和定期预防性试验和检修的办法，对带电运行设备的热故障进行检测。

红外诊断技术可用于变压器、电抗器、电容器、断路器、互感器、电力电缆、隔离开关、高压输电导线和连接金具、发电机等运行设备的热故障诊断，这项技术在电力系统带电运行设备缺陷诊断上的应用，以其高效率、判断准确、图像直观、安全可靠、不接触测温、不受电磁干扰、探测距离远和检测速度快且无须对带电设备进行停电等特点，使电力设备的早期故障诊断变得简单方便，检修质量得到有效评估。

因此，红外诊断技术作为检测电气设备故障的先进技术，在电力系统中的推广应用，对于提高电气设备的可靠性和运行经济效益，降低维修成本都有很重要的意义。

　　1红外诊断技术的原理与特点

　　1.1理论基础

　　红外线是电磁波的一部分，电磁波中包括无线电波、微波、可见光、紫外线、伽玛射线和X光。

可见光是人眼能够感受的电磁波，其波长为0.38至0.78μm，而比0.38μm短和比0.78μm长的电磁波，人眼都无法感受。

红外线的频谱介于可见光和无线电波之间。

红外线波长通常以μm表示，红外线的频谱范围从0.78至1000μm，其中波长0.78至2μm为近红外线，0.2至1000μm为热红外线。

自然界中，一切绝对零度（-273℃）以上的物体都会向外辐射红外线，而且，物体的温度越高，发射的红外辐射能量越强，一个正常的人所发出的热红外线能量大约为100W。

从另一个角度说，红外线或称热辐射是自然界中存在最为广泛的辐射。

　　1.2红外诊断技术的特点

　　1.2.1无电磁干扰，无须接触带电设备，无须将设备停运、解体或进行取样；

　　1.2.2可及时发现带电设备的故障，避免发生事故；

　　1.2.3检测效率高，劳动强度低，缺陷判断准确、直观、快捷；

　　1.2.4检测手段成熟，技术门槛低；

　　1.2.5有利于开展状态检修；提高设备运行可靠性和运行效益。

　　2红外诊断技术的应用

　　2.1红外诊断技术产品

　　2.1.1红外测温仪

　　红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。

光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，红外能量聚集在光电探测器上并转变为相应的电信号，该信号再经换算转为被测目标的温度值。

　　电气设备外部的热故障可分两类：

一类是电气接头连接不良；一类是因表面污秽或机械力作用造成外绝缘性能下降。

红外测温仪可有效应用于外部热故障的检测。

2.1.2红外热像仪

　　红外热像仪利用光电探测器、光学成像物镜和光机扫描系统（焦平面技术）接受目标红外辐射能量分布图形，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图。

这种热像图与物体表面的热分布场相对应。

目前的热成像仪产品大多已具备测温功能。

　　红外探测器在仪器内部感应而形成热分布图像，能量辐射（温度）高的部分图像就亮，反之则稍暗。

　　电气设备内部热故障主要发生在导电回路和绝缘介质上，其内部发热机理因设备内部结构和运行状态的不同而异，一般可概括为：

导体连接或接触不良；介质损耗增大；电压分布不均匀或泄漏电流过大；因绝缘老化、受潮、缺油等，产生局部放电；磁回路不正常等等。

红外热像仪通过对设备温度的感应形成热分布图，以图像的明暗反映能量辐射（温度）的高低，对于设备内部热故障、外部热故障的判断更直观有效，是红外测温仪无法达到的，应用也更广泛。

　　2.2红外诊断技术在带电设备缺陷诊断中的运用与效果

　　红外诊断技术在工业发达国家被普遍推广使用，从最初的电气设备和电力线路开始扩大到发电厂等有关方面，红外诊断技术已成为电力设备监测、普查、及时发现隐患、及时抢修、杜绝恶性突发性设备事故的一种先进手段。

　　电力设备事故的发生大多有一个逐渐变化过程。

电气元部件逐渐出现松动、破裂、锈蚀等，造成接触电阻增加，致使电气元部件温度升高，出现热故障现象。

采用红外诊断技术直接观察和测量就可发现这些异常现象，掌握潜在故障的位置和严重程度。

　　目前，红外诊断技术在电力系统中的应用主体包括：

发电机组、输电线路接头、绝缘部件、变压器绕组及油冷系统、输配电线路熔断器回路、隔离开关、断路器、转换开关和终端装置、电路分配调度中心、控制台、配电盘等。

　　2.2.1电力变压器

　　电力变压器作为变电设备的核心，是变电站的主设备。

由于正常运行时，无论负载轻重，变压器自身都存在一定的损耗，通过对变压器各部件的热像检测对比，可有效发现主变套管及外壳漏磁等问题。

其中可检测的故障类型有：

　　2.2.1.1高压套管端部连接接触不良（含接头）

　　通常在端部出现局部高温，可能是套管内外部件间的接触不良的情形

　　2.2.1.2高压套管（电容型）介损过大（或放电性故障）

　　这类故障通常导致套管本体普遍发热，可从相间的比较中得出判断。

但现场中可能会受到主变本体的热量散发及高温背景影响，因此需注意调整观察角度和背景。

　　2.2.1.3高压套管缺油

　　套管中上部缺油后，温度出现梯级下降，通过热像图形可直观反映。

检测时，这种热像容易受主变本体热像干扰以及邻近高温背景的反射，因此需注意调整观察角度和背景。

　　2.2.1.4漏磁屏蔽不良的外壳局部发热

　　主变的磁屏蔽不良可导致外壳的过热故障，一般可出现在螺杆附近的局部磁通集中而发生过热现象。

2.2.1.5其它部位油位异常

　　通过热像图形反映出油液面的高低，许多金属容器内的液位可得到正确反应，如油枕油位等。

　　2.2.2断路器

　　断路器是变电设备中数量较多的一类，从发热角度看其故障主要是电接触方面的故障，如触头，接线端头等。

相对来说，断路器的检测受到的干扰要少得多。

而多数断路器本体简洁，故障易于发现，检测结果的可靠性较好，准确度也较高。

但是由于手车柜或GIS的全密闭性质对红外的阻隔作用，不适合红外检测。

现场应用中可检测的的故障类型有：

　　2.2.2.1触头接触不良发热

　　这是断路器最常见的故障，主要表现在相关金属部位的瓷套发热，可能是动静触头接触不良，中间触头接触不良等故障。

　　2.2.2.2断路器TA故障

　　这类故障常表现为TA部位的金属表面整体发热，包括TA铁芯或二次线圈方面的故障所致。

　　2.2.2.3外部引线接头不良

　　主要是断路器外接线端头的连接不良，这是很普遍的故障之一，故障相进线侧温度达120℃，出线侧温度只有45℃，这是因为安装或检修时的疏忽或工艺不良引起。

处理后投运正常。

　　2.2.2.4缺油故障

　　断路器缺油故障的热像特征与套管类似，通过红外热成像，对照正常相，可轻松判断缺油故障。

　　2.2.3TV

　　TV的负荷极低，一般来说，主要是电压致热型缺陷，只有自身发生绝缘问题，才会产生异常发热。

TV的故障主要是由于受潮、匝间击穿、绝缘劣化等引起，通常只出现整体的温升。

一般不易分清哪方面的故障因素。

　　因此，红外诊断技术对于轻度的绝缘缺陷不易判断，并且不同型号的互感器经常混用，其损耗水平均不一致，这给检测诊断带来不少的难题。

　　2.2.4TA

　　由于TA除了绝缘方面的缺陷外，还有电传导方面的故障。

故障主要表现在接触过热方面。

在正常运行时，互感器本身没有什么电损耗，整体温升一般很低，一旦有故障，其温升很明显，因此在TA上应用红外诊断技术，其效果最佳。

应用中可检测的故障类型有

　　2.2.4.1内连接不良故障

　　TA内部一次接线较复杂，又要承受较大的负荷电流，是常出现故障的部位，主要原因有，一次线圈大螺杆、端压板松驰，串并联出线头松弛等，一般导致TA整体或局部发热。

　　2.2.4.2绝缘缺陷故障

　　由于TA的一次线圈多采用油纸绝缘，当绝缘受潮或出现绝缘缺陷时，这些油纸介质很容易出现损耗增加而使设备发热。

　　2.2.4.3外部连接不良故障

　　这类故障常导致故障部位连接件发热，如35kV坛同变电站35kV组合互感器，发热温度47℃，停电检修时拧紧螺丝，投运正常。

　　2.2.4.4缺油故障

　　因制造或检修工艺疏忽可导致缺漏油。

通过红外诊断的热成像，可直观地反映缺陷故障。

　　2.2.5电缆头

　　电缆头的发热是一个十分普遍的问题，由于接触过热或工艺不良导致电缆绝缘损坏后发生击穿的，是导致电缆头事故的重要原因。

因此，电缆的热像检测实际上就是电缆头的检测。

　　2.2.5.1电缆头出线外接头不良

　　这类故障是由于外部连接线安装时，未紧固产生的，接头过热向电缆头传导，并危及电缆绝缘，若故障发展至十分严重，可使电缆头绝缘击穿而发生事故。

　　2.2.5.2电缆头线鼻子等内连接压接不良

　　故障发热点在电缆出线末端附近，同样会危及电缆绝缘问题。

　　2.2.5.3电缆头绝缘不良

　　这类故障发热是从电缆头根部向外传导，且比电缆本体的温度还高，但总的温升值不会太高，通常这是电缆头制作工艺不良的结果。

　　另外，红外诊断技术还可应用于阻波器内外接头不良的故障检测、绝缘子污秽所致的发热故障和零值或低值故障检测；耦合电容器内部受潮或绝缘材质工艺不良引起的局部或整体发热检测；隔离开关触头接触不良等热故障检测。

3红外诊断技术的分析判断方法

　　用红外测温仪检测时，一般是使用激光对所有应测部位进行全面扫描，获取其中温度最高部位的数据，与正常相或参照相进行对比计算，判断故障性质。

　　用红外热像仪检测时一般先用红外热像仪对所有应测部位进行全面扫描，找出热态异常部位；然后对异常部位和重点检测设备进行准确测温，并摄取热谱图；应用分析软件进行详细分析，确定故障性质，提出处理意见；上报诊断报告和异常热谱图。

　　3.1注意事项

　　3.1.1针对不同的检测对象选择不同的环境温度参照体。

　　3.1.2正确选择被测物体的发射率。

　　3.1.3作同类比较时，要注意保持仪器与各对应点的距离一致，方位一致。

　　3.1.4应从不同方位进行检测，求出最热点的温度值。

　　3.1.5记录异常设备的实际负荷电流和发热相、正常相及环境温度参照体的温度值。

　　3.2判断方法

　　3.2.1表面温度判断法

　　根据被测设备的各检查点表面温度值，对照DL/T664-1999《带电设备红外诊断技术应用导则》的有关规定，凡温度（或温升）超过标准者，可根据设备材质特点、设备温度超标程度、设备负荷率大小、设备重要性及设备承受机械应力的大小来确定设备缺陷的性质，对变压器等主设备在环境参照体和正常相的选择上更要注意。

　　3.2.2相对温差判断法

　　为了提高判断的正确性，对电流致热型设备，若发现设备的导流部分热态异常，应进行准确测温，按公式[（T1－T2）÷（T1－T0）]×100%算出相对温差值，按电流致热型设备的相对温差判据规定判断设备缺陷的性质，判据为DL/T664-1999《带电设备红外诊断技术应用导则》表1；T1为发热点的温度；T2为正常相的温度；T0为环境参照体的温度。

　　3.2.3同类比较法

　　3.2.3.1在同一电气回路中，当三相电流对称（或两相）和设备相同时，比较三相（或两相）电流致热型设备对应部门的温升值，可判断设备是否正常。

若三相设备同时出现异常，可与同回路的同类设备比较。

当三相负荷电流不对称时，应考虑负荷电流的影响。

　　3.2.3.2对于型号相同的电压致热型设备，可根据其对应点温升值的差异来判断设备是否正常。

电压致热型设备的缺陷宜用允许温升或同类允许温差的判断依据确定。

一般情况下，当同类温度超过允许温升值的30%时应定为重大缺陷。

当三相电压不对称时应考虑工作电压的影响。

　　3.2.4热谱图分析法

　　根据同类设备在正常状态和异常状态下的热谱图的差异来判断设备是否正常。

　　3.2.5档案分析法

　　分析同一设备在不同时期的检测数据（如温升、相对温差和热谱图），找出设备参数的变化趋势和变化速率，以判断设备是否正常。

　　3.3红外热像图实例

空气开关上桩头接触不良热像图电抗器本体温度分布热像图

变压器低压封闭母线热像图

4结束语

　　随着红外诊断技术在广安电业局变电设备上进行的大量应用，通过开展红外诊断，发现和处理了一些设备缺陷，其中不乏主设备方面的严重缺陷，这对降低广安电业局变电设备故障率起到了良好作用。

红外诊断技术在一定程度上弥补了电气设备年检预试中所不易或无法发现设备缺陷的不足，并填补了许多高压设备缺少在线监测的空白，尤其在发展状态检修的形势下，红外诊断技术已经成为电气设备从定期检修向状态检修转变中一个不可缺少的技术手段。

通过对红外诊断技术的不断开发和利用，广安电业局在电网设备运行管理上将获得更大的成绩。

附录：

供电车间利济北所交流屏红外检测报告

红外检测报告

任峰

06May.09

InspectionandReportwasmadewithIrAnalyzerproductsfrom

GuideIR®.

报告人：

任峰

审核：

（审核人）

检测日期:

2009-05-06

红

外

图

像

对象参数

值

Max

36.9°C

可

见

光

图

像

<#IR_Photo#>

曲

线

图

发射率

0.98

湿度

70%

最高温

36.9°C

距离

10.0

最低温

27.7°C

环境温度

24.3°C

拍摄日期

2009年4月30日星期四

拍摄时间

15:

06:

00

一、现在测试情况:

利济北所交流屏2D端子排I12-AI12-C端子温度偏高，比其他端子高出约5°C。

二、分析:

经实际检查，该端子两端电流值不同，估计应为端子接触不良所致。

三、结论:

经详细检查，该端子进线导线未能和端子有效连接，该端子实际处于半导电状态，致使电流值减少，并导致电流表和电度表读数错误。

四、处理结果:

重新连接进线导线，电流值恢复正常，电流表和电度表读数正常。

检查:

（检查人）曾诚审核:

（审核人）任峰

维修人:

任峰翁创业

备注: