淺談工業(yè)電氣中的紅外成像技術(shù)

孫偉

（哈爾濱中國標(biāo)準(zhǔn)鉛筆公司，黑龍江 哈爾濱 150026）

紅外成像技術(shù)是不接觸電氣設(shè)備，在不停電的情況下進(jìn)行電氣設(shè)備故障檢測和診斷的現(xiàn)代化手段。本文主要介紹紅外成像技術(shù)在電氣設(shè)備監(jiān)測和故障診斷中的應(yīng)用。

1 紅外成像技術(shù)原理：

紅外熱像儀是一種新型的光電探測設(shè)備，此技術(shù)是利用物體輻射出不同波長的紅外線原理，將被測目標(biāo)表面的熱信息瞬間可視化，確定故障部位，并且在專業(yè)的分析軟件幫助下，進(jìn)行分析完成安全檢測和電氣預(yù)防性維護(hù)工作，這就是電力設(shè)備紅外監(jiān)測和故障診斷的基本原理。

2 紅外成像技術(shù)特點(diǎn)：

紅外成像儀能很清晰地顯示設(shè)備的溫度場，對設(shè)備的整體發(fā)熱情況作很直觀的觀察，對同一設(shè)備的不同點(diǎn)溫度的異常也能很快發(fā)現(xiàn)，它具有穩(wěn)定、可靠、測溫迅速、分辨率高、直觀、不受電磁干擾以及信息采集、存儲、處理和分析方便等優(yōu)點(diǎn)。紅外成像采用非接觸性測量，測量時可距被測設(shè)備幾米甚至幾十米，因此對工作人員十分安全；不需設(shè)備停電，它可以在設(shè)備正常運(yùn)行的情況下直接測量，特別是高電壓設(shè)備，也易于進(jìn)行計算機(jī)分析、實(shí)施狀態(tài)性檢修，還可以利用軟件進(jìn)行分析比較，做出可靠的判斷。

3 紅外成像技術(shù)應(yīng)用

發(fā)熱常常是設(shè)備損壞或功能故障的早期征兆，近年來，利用紅外成像技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測和故障診斷，發(fā)現(xiàn)了大量的電氣設(shè)備缺陷，如隔離開關(guān)發(fā)熱，斷路器內(nèi)部故障發(fā)熱，變壓器和電抗器套管內(nèi)故障發(fā)熱，高壓電纜接頭發(fā)熱、高壓電機(jī)線棒故障、互感器缺油等。另外紅外成像技術(shù)的應(yīng)用，不僅替代了母線零值絕緣子串的帶電檢測，還可對避雷器進(jìn)行在線檢測。我們知道，電介質(zhì)在高溫狀態(tài)下耐熱性、穩(wěn)定性劣化，如長期在高溫狀態(tài)下運(yùn)行，會發(fā)生擊穿現(xiàn)象，從而喪失它的電氣絕緣性能。因此通過監(jiān)視設(shè)備性能并在需要時安排維護(hù)、檢修，可降低因設(shè)備故障而發(fā)生的非計劃性停產(chǎn)的可能性，減少維護(hù)費(fèi)用和設(shè)備維修的成本，延長設(shè)備資產(chǎn)的壽命，并最大限度地提高維護(hù)效果和生產(chǎn)能力。

1）檢測要求及周期

被檢測設(shè)備應(yīng)為帶電運(yùn)行設(shè)備（設(shè)備通電時間不小于6h，最好在24h以上），應(yīng)盡量避開視線中的封閉遮擋物，如門和蓋板等。

環(huán)境溫度一般不低于5℃，相對濕度一般不大于85%；天氣為陰天、夜間或晴天日落2h后，夜間圖像質(zhì)量為佳；不應(yīng)在雷、雨、霧、雪等氣象條件下進(jìn)行，檢測時風(fēng)速一般不大于5m/s。

戶外晴天要避開陽光直接照射或反射進(jìn)入儀器鏡頭，在室內(nèi)或晚上檢測應(yīng)避開燈光的直射，宜閉燈檢測。

檢測電流致熱型設(shè)備，最好在高峰負(fù)荷下進(jìn)行。否則，一般應(yīng)在不低于30%的額定負(fù)荷下進(jìn)行，同時應(yīng)充分考慮小負(fù)荷電流對測試結(jié)果的影響。

正常運(yùn)行變（配）電設(shè)備的檢測應(yīng)遵循檢修和預(yù)試前普查、高溫高負(fù)荷等情況下的特殊巡測相結(jié)合的原則。一般220kV及以上交（直）流變電站每年不少于兩次，其中一次可在大負(fù)荷前，另一次可在停電檢修及預(yù)試前，以便使查出的缺陷在檢修中能夠得到及時處理，避免重復(fù)停電。

110kV及以下重要變（配）電站每年檢測一次。

對于運(yùn)行環(huán)境差、陳舊或有缺陷的設(shè)備，需適當(dāng)增加檢測次數(shù)。

新建、改擴(kuò)建或大修后的電氣設(shè)備，應(yīng)在投運(yùn)帶負(fù)荷后不超過1個月內(nèi)（但至少在24h以后）進(jìn)行一次精確檢測，對原始數(shù)據(jù)及圖像進(jìn)行存檔。

建議每年對330kV及以上（有條件的單位可開展220kV及以下設(shè)備）變壓器、套管、避雷器、電容式電壓互感器、電流互感器、電纜頭等電壓致熱型設(shè)備進(jìn)行一次精確檢測，做好記錄，并將測試數(shù)據(jù)及圖像存入紅外數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行動態(tài)管理。

輸電線路的檢測一般在大負(fù)荷前進(jìn)行。對500kV以上架空線路和重要的220(330)kV架空線路接續(xù)金具，每年宜檢測一次；110kV線路和其他的220(330)kV線路，可每兩年進(jìn)行一次。新投產(chǎn)和做相關(guān)大修后的線路，應(yīng)在投運(yùn)帶負(fù)荷后不超過1個月內(nèi)（但至少24h以后）進(jìn)行一次檢測。

對于線路上的瓷絕緣子及合成絕緣子，有條件和經(jīng)驗(yàn)的也可進(jìn)行檢測。

對正常運(yùn)行的電纜線路設(shè)備，主要是電纜終端，110kV及以上電纜每年不少于兩次；35kV及以下電纜每年至少一次。

對重負(fù)荷線路，運(yùn)行環(huán)境差時應(yīng)適當(dāng)縮短檢測周期。

旋轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)行中的檢測主要包括碳刷及出線母線的檢測，可每年一次，或在機(jī)組檢修前。

進(jìn)行定子鐵芯損耗試驗(yàn)時，應(yīng)使用紅外熱像儀進(jìn)行溫度分布測量。

必要時可利用紅外熱像儀進(jìn)行定子繞組接頭的開焊、斷股缺陷的查找，以及用于線棒通流試驗(yàn)的檢查。

2）判斷方法

判斷方法有表面溫度判斷法、同類比較判斷法、圖像特征判斷法、相對溫差判斷法等。通過這些方法診斷分析故障原因，采取適當(dāng)?shù)奶幚?，消除設(shè)備隱患。

3）具體應(yīng)用

（1）電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測與分析。

（2）電氣接頭、線夾、引線氧化腐蝕、接觸不良缺陷。

（3）隔離刀閘刀口與觸片以及轉(zhuǎn)動帽與球頭結(jié)合不良缺陷。

（4）互感器絕緣不良缺陷、缺油以及內(nèi)中心鐵芯、線圈異常不良過熱缺陷。

（5）電容器過熱、耦合電容器油絕緣不良和缺油（低油位）缺陷。

（6）避雷器內(nèi)中心受潮缺陷、內(nèi)中心元件老化或非線性特性異變?nèi)毕荨?/p>

（7）絕緣瓷瓶表面污穢缺陷，零值絕緣子檢測，劣化瓷瓶檢測。

（8）發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測、電刷與集電環(huán)接觸狀態(tài)檢測、內(nèi)中心過熱檢測。

（9）電力變壓器箱體異常過熱，渦流過熱，高、低壓套管上、下兩端連接不良以及充油套管缺油（低油位）缺陷。

（10）各類電動機(jī)軸瓦接觸不良以及本體內(nèi)、外中心異常過熱。

（11）高壓開關(guān)觸頭接觸不良缺陷。

（12）大型電動機(jī)直阻超標(biāo)故障的查找。

例如給水泵電機(jī)（2500kW 6000V）直阻互差超標(biāo)檢查。高壓電動機(jī)特點(diǎn)是接頭數(shù)量繁多，另一個重要特點(diǎn)是外面包有很厚的絕緣層，很難查出過熱故障點(diǎn)，如不查出局部過熱會導(dǎo)致股線絕緣的膠和劑加速分解老化變脆，導(dǎo)致絕緣分層，形成氣隙，嚴(yán)重時喪失線棒整體性，在電磁力的作用下引起振動，形成股線短路斷股并磨損絕緣，最后導(dǎo)致絕緣擊穿。我們運(yùn)用紅外成像技術(shù)在故障相施加160A電流持續(xù)20分鐘，很快成功的查找到了過熱點(diǎn)，拆開繞組絕緣發(fā)現(xiàn)此故障屬于端部斷股缺陷，通過焊接處理后，直阻合格，運(yùn)行良好。

另外，還能在保溫方面、閥門內(nèi)漏方面、凝汽器管子找漏方面有良好應(yīng)用。

結(jié)論

紅外成像能夠快速、準(zhǔn)確的確定故障點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，并測出故障點(diǎn)的溫度，為設(shè)備正常運(yùn)行和檢修提供保障和依據(jù)，我們要充分應(yīng)用這一手段，不斷摸索、積累經(jīng)驗(yàn)，通過檢測診斷、故障分析，使成像技術(shù)在設(shè)備管理中得到最大限度的發(fā)揮，為安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

[1] 王杰，黃志剛，白鳳春.紅外線成像技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用[J].電力安全技術(shù)，2010-03-10.