紅外線熱像儀在變電站設(shè)備運(yùn)行和故障分析方面的應(yīng)用

王利強(qiáng) WANG Li-qiang

（國網(wǎng)清徐縣供電公司，太原 030400）

（State Grid Qingxu Power Supply Company，Taiyuan 030400，China）

0 引言

隨著時代與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，智能電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程不斷加快，變電站數(shù)量持續(xù)增加，很多地區(qū)無人值守變電站取代傳統(tǒng)的變電站，成為電網(wǎng)建設(shè)的主要發(fā)展方向。電網(wǎng)建設(shè)離不開變電站的建設(shè)，為了減少變電站占地面積，加大城市化建設(shè)與電網(wǎng)建設(shè)的相互配合，變電站作為保障電網(wǎng)安全供電的基礎(chǔ)，因此，保護(hù)變電站運(yùn)行安全，現(xiàn)已受到人們廣泛的關(guān)注。為了保證變電站設(shè)備安全運(yùn)行，加大監(jiān)控、故障分析設(shè)備的投入力度，由傳統(tǒng)的預(yù)防式電力設(shè)備監(jiān)控轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)知式，從而促進(jìn)變電站設(shè)備的穩(wěn)定性，保障電力系統(tǒng)的安全供電，為供電企業(yè)創(chuàng)造最大限度的經(jīng)濟(jì)與社會價值。

1 紅外線熱像儀的原理

紅外線熱像儀的原理是基于物體表面溫度的情況下，運(yùn)用電磁波向周邊發(fā)射能量，隨著能量值的增大，其物體熱力學(xué)溫度的四次冪也隨之增大，利用此種原理制造非接觸式測量熱像儀。隨著紅外線探測技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，研發(fā)人員將目光投注在紅外線測溫上，通過大量的電力設(shè)備紅外輻射研究，對設(shè)備表明溫度進(jìn)行量化，并顯示出來，以設(shè)備表明溫度來診斷設(shè)備有無存在正常運(yùn)行狀態(tài)。紅外線成像技術(shù)與紅外線測溫就是在紅外線探測技術(shù)研究下發(fā)展出來的，當(dāng)電力設(shè)備在正常運(yùn)作狀態(tài)的情況下，也可采用此種技術(shù)對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測，找出潛在的故障因素，對電力設(shè)備作事前預(yù)測，從而保障電力設(shè)備的有效性、安全性。不少研發(fā)人員在觀察到紅外線成像技術(shù)不干擾設(shè)備運(yùn)行而能夠完成檢測的優(yōu)勢，在此技術(shù)上輔以遠(yuǎn)程監(jiān)控，將現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)反饋至監(jiān)控中心，便于工作人員及時發(fā)現(xiàn)與觀察設(shè)備故障，做好事前防護(hù)工作。

2 紅外線熱像儀的優(yōu)勢

紅外線熱像儀具有兩大優(yōu)勢，其一，可測量電力設(shè)備表明溫度，判斷其是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)，其二，當(dāng)電力設(shè)備在正常運(yùn)作狀態(tài)的下，也可對其運(yùn)行或故障狀態(tài)進(jìn)行檢測，判斷設(shè)備內(nèi)部熱損耗的部位與類型，做到實時監(jiān)測、事前防護(hù)。紅外線熱成像儀屬于一種非接觸式測量熱像儀，無需近距離監(jiān)測，就可獲得理想的測量結(jié)果，能夠保障電力設(shè)備、監(jiān)測人員的安全。紅外線熱像儀測量模式可分為定量監(jiān)測、定性監(jiān)測，紅外線熱像儀測量精度較高，還可根據(jù)物體表面溫度，分析其細(xì)微差別，實時將監(jiān)測的設(shè)備熱圖像反饋至監(jiān)控中心顯示屏上，并記錄本次監(jiān)測報告，為建立熱圖像數(shù)據(jù)庫創(chuàng)造良好的便利，做到對熱圖像的收集、分析、處理。紅外線熱成像儀檢測設(shè)備可對監(jiān)測的電力設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行迅速收集、處理，并保證測量精度，甚至可精確得到設(shè)備發(fā)生故障的具體部位、類型、嚴(yán)重性，便于監(jiān)測人員作出合理的判斷，及時找出設(shè)備運(yùn)行問題與故障。

3 紅外線熱像儀在變電站設(shè)備運(yùn)行和故障分析的應(yīng)用

保護(hù)變電站安全對于電力系統(tǒng)而言至關(guān)重要，變電站工作人員每日需對變電站各項設(shè)備進(jìn)行檢查和巡視。紅外線熱像儀監(jiān)測設(shè)備應(yīng)用在變電站日常工作上，不僅能夠及時對電力設(shè)備進(jìn)行檢測，還能做到有效的事前防范，同時提高了工作效率，進(jìn)一步培養(yǎng)了工作人員的檢測能力，使其對電力設(shè)備的運(yùn)行更加了解，也能對日常設(shè)備檢測工作保持積極的工作熱情。例如某電網(wǎng)公司在采用武漢高德制造的紅外線熱像儀后，此種紅外線熱像儀精度較高，能夠反映出不同的設(shè)備檢測狀況，由各種紅外線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)將其反饋至監(jiān)控中心，做到變電站設(shè)備管理工作的智能化、自動化。在實際的變電站設(shè)備檢測工作中，應(yīng)用紅外線熱像儀檢測設(shè)備不僅能夠做到基礎(chǔ)的設(shè)備檢測，還能進(jìn)一步鑒別問題位置、類型、嚴(yán)重性，其功能也相對豐富，不僅實現(xiàn)了實時監(jiān)控，還能將其同步顯示至顯示屏上，實現(xiàn)了設(shè)備檢測工作的智能化管理、自動化管理。

變電站設(shè)備的故障有多種多樣，但大多數(shù)都伴有發(fā)熱的現(xiàn)象。從紅外診斷的角度看，通常分為外部故障和內(nèi)部故障。眾所周知，變電站設(shè)備運(yùn)行中，載流導(dǎo)體會因為電流效應(yīng)產(chǎn)生電阻損耗，而在電能輸送的整個回路上存在數(shù)量繁多的連接件、接頭或觸頭。在理想情況下，輸電回路中的各種連接件、接頭或觸頭接觸電阻低于相連導(dǎo)體部分的電阻，那么，連接部位的損耗發(fā)熱不會高于相鄰載流導(dǎo)體的發(fā)熱，然而一旦某些連接件、接頭或觸頭因連接不良，造成接觸電阻增大，該部位就會有更多的電阻損耗和更高的溫升，從而造成局部過熱。此類通常屬外部故障。

外部故障的特點(diǎn)是：局部溫升高，易用紅外熱像儀發(fā)現(xiàn)，如不能及時處理，情況惡化快，易形成事故，造成損失。外部故障占故障比例較大。

所謂高電壓電器設(shè)備的內(nèi)部故障，主要是指封閉在固體絕緣以及設(shè)備殼體內(nèi)部的電氣回路故障和絕緣介質(zhì)劣化引起的各種故障。由于這類故障出現(xiàn)在電氣設(shè)備的內(nèi)部，因此反映的設(shè)備外表的溫升很小，通常只有幾K。檢測這種故障對檢測設(shè)備的靈敏度要求較高。

內(nèi)部故障的特點(diǎn)是：故障比例小，溫升小，危害大，對紅外檢測設(shè)備要求高。

在電力行業(yè)，很早就將熱像儀運(yùn)用于設(shè)備的安全檢修上，通過其對電氣設(shè)備和線路的熱缺陷進(jìn)行探測，如變壓器、套管、斷路器、刀閘、互感器、電力電容器、避雷器、電力電纜、母線、導(dǎo)線、組合電器、絕緣子串、低壓電器以及具有電流、電壓致熱效應(yīng)或其他致熱效應(yīng)的設(shè)備的二次回路等，這對于及時發(fā)現(xiàn)、處理、預(yù)防重大事故的發(fā)生可以起到非常關(guān)鍵而有效的作用。

采用紅外成像技術(shù)可開展以下電力設(shè)備故障診斷工作。①高壓電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測與內(nèi)、外中心故障診斷：②各類導(dǎo)電接頭、線夾、接線樁頭氧化腐蝕以及連接不良缺陷；③各類高壓開關(guān)內(nèi)中心觸頭接觸不良缺陷；④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；⑤各類CT一次內(nèi)中心及外中心連接不良缺陷、本體及油絕緣不良缺陷以及內(nèi)中心鐵芯、線圈異常不良過熱缺陷；⑥各類PT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；⑦各類電容器過熱、耦合電容器油絕緣不良和缺油（低油位）缺陷；⑧各類避雷器內(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?；⑨各類絕緣瓷瓶表面污穢缺陷，零值絕緣子檢測，劣化瓷瓶檢測；⑩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。

隨著無人值守變電站的建設(shè)，紅外線熱像儀檢測設(shè)備的應(yīng)用前景十分廣闊，能夠在日常使用中發(fā)揮出自身的優(yōu)勢，當(dāng)然在紅外線熱像儀檢測設(shè)備應(yīng)用廣泛的過程中，還需加大對此項檢測設(shè)備的研究力度，幫助其實現(xiàn)更多、更實用的功能。經(jīng)大量的研究數(shù)據(jù)表明，紅外線遠(yuǎn)程較緩系統(tǒng)可結(jié)合圖像監(jiān)控系統(tǒng)、SCA3DA系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、多媒體監(jiān)控系統(tǒng)，但當(dāng)前應(yīng)用最多的還是紅外線熱像儀與遙感技術(shù)的結(jié)合，可提供設(shè)備的光影像，根據(jù)設(shè)備的溫度情況判斷其運(yùn)行狀態(tài)，再由遠(yuǎn)程測溫功能對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及故障的嚴(yán)重性、位置、類型進(jìn)行鑒別。

4 結(jié)束語

綜上所述，為促進(jìn)變電站設(shè)備的安全運(yùn)行，通過采用紅外線熱像儀檢測設(shè)備、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對變電站進(jìn)行實時的檢測，及時將運(yùn)行分析報告反饋至監(jiān)控中心，由工作人員下達(dá)指令，從而做到排除故障，保證變電站設(shè)備的安全性與穩(wěn)定性。

[1]黃志鵠.紅外線熱像儀在變電站設(shè)備運(yùn)行和故障分析方面的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2011(1).

[2]譚湛.紅外成像測溫技術(shù)在變電站設(shè)備中的應(yīng)用[J].熱電技術(shù),2009(2).

[3]譚湛.紅外成像測溫技術(shù)在變電站設(shè)備中的應(yīng)用[J].電器工業(yè),2009(5).