紅外熱成像儀在變電站巡視檢查中的應(yīng)用

趙俊杰 劉相興 牛東濤

(國(guó)網(wǎng)菏澤供電公司,山東菏澤 274000)

紅外熱成像儀在變電站巡視檢查中的應(yīng)用

趙俊杰 劉相興 牛東濤

(國(guó)網(wǎng)菏澤供電公司,山東菏澤 274000)

變電站巡視檢查過程中,通過使用紅外熱成像儀對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行檢測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備運(yùn)行中的異常和缺陷,大大降低了設(shè)備的損壞率,為設(shè)備安全運(yùn)行和狀態(tài)檢修提供有利的幫助。

紅外熱成像儀 變電站 巡視檢查

1 引言

在電力系統(tǒng)中，電力設(shè)備的安全直接關(guān)系著電網(wǎng)能否正常運(yùn)行、工農(nóng)業(yè)和居民生活用電是否穩(wěn)定可靠。設(shè)備的安全除了其本身的質(zhì)量問題以外，對(duì)設(shè)備安全造成最大危害的就是設(shè)備在運(yùn)行過程中發(fā)熱而產(chǎn)生的缺陷。依據(jù)紅外測(cè)溫基本定律制成的紅外測(cè)溫設(shè)備在現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運(yùn)行中有著極有效的應(yīng)用，使用紅外熱成像儀在電網(wǎng)大負(fù)荷、特殊運(yùn)行方式等情況下對(duì)設(shè)備巡檢，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，為設(shè)備狀態(tài)檢修提供有利的幫助。紅外測(cè)溫技術(shù)在變電站巡視中的應(yīng)用十分廣泛，也有著很好的效果。隨著科技的進(jìn)步，伴隨著用電規(guī)模的擴(kuò)大，合理、正確使用紅外測(cè)溫來檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀況，對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的缺陷，提高供電質(zhì)量就顯得至關(guān)重要。

2 紅外測(cè)溫原理與技術(shù)應(yīng)用

在自然界中一切溫度高于絕對(duì)零度(-273．16℃)的物體都不斷地輻射著紅外線，這種現(xiàn)象稱為熱輻射。紅外診斷技術(shù)正是通過吸收這種紅外輻射能量，測(cè)出設(shè)備表面的溫度及溫度場(chǎng)的分布，從而判斷設(shè)備發(fā)熱情況。

根據(jù)紅外輻射的基本定律可知：一個(gè)被測(cè)物體的表面輻射系數(shù)一定時(shí)，它的輻射功率與其絕對(duì)溫度t的四次方成正比。因此，對(duì)物體表面溫度的檢測(cè)就變成為對(duì)其輻射功率的檢測(cè)。物體的輻射功率與它的材料、結(jié)構(gòu)、尺寸、形狀、表面性質(zhì)、加熱條件及周圍的環(huán)境和其內(nèi)部是否有故障、缺陷等諸多因素是密切相關(guān)的。當(dāng)被測(cè)物體其他條件不變的情況下，僅僅是產(chǎn)生了故障和缺陷，那么它的表面溫度場(chǎng)分布將會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化；若被測(cè)物體的材料特性發(fā)生異常，其表面的溫度也相應(yīng)改變，因而應(yīng)用紅外進(jìn)行溫度的檢測(cè)，可以為分析被測(cè)目標(biāo)的現(xiàn)有狀態(tài)提供極好的信息。這就是紅外測(cè)溫和紅外診斷的基本原理。

基于這些原理發(fā)展而成的紅外熱成像技術(shù)是通過對(duì)電氣設(shè)備表面溫度及其分布的測(cè)試、分析和判斷，準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備運(yùn)行中的異常和缺陷，從而預(yù)知設(shè)備運(yùn)行狀況，提前安排設(shè)備檢修日期，可以為設(shè)備良好運(yùn)行做好偵察兵。利用紅外熱成像儀等診斷技術(shù)可實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)時(shí)遠(yuǎn)距離、不停電、不接觸、不取樣、不解體的情況下，檢測(cè)出設(shè)備故障引起的異常紅外輻射和溫度，有效的判斷設(shè)備存在的外部缺陷和內(nèi)部缺陷，從而實(shí)現(xiàn)故障隱患的提早發(fā)現(xiàn)并及時(shí)進(jìn)行處理，給電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了一種先進(jìn)手段。

3 變電站運(yùn)用紅外熱成像儀的方法和實(shí)際意義

在實(shí)際工作中紅外檢測(cè)診斷分析方法一般有：表面溫度判斷法、同類比較法、圖像特征判斷法、相對(duì)溫差判斷法、檔案分析法、實(shí)時(shí)分析法。變電站的設(shè)備巡視是運(yùn)行人員在當(dāng)值期間都必須要進(jìn)行的一項(xiàng)重要工作。巡視主要是查看變電站主要設(shè)備的運(yùn)行情況，在過去多年測(cè)溫方法主要有目測(cè)、手摸(零電位)和鼻聞等方式，其中又以目測(cè)為主。像廣泛應(yīng)用的利用試溫蠟片、試溫紙顏色的變化來判斷設(shè)備溫度的方法就屬于目測(cè)的測(cè)溫手段。雖然目測(cè)有著良好的效果，但這種方法有著很大的局限性，對(duì)一些有發(fā)展性的缺陷較難準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)，凡是在運(yùn)行中易發(fā)熱是其主要特征的設(shè)備缺陷，往往要到設(shè)備發(fā)熱到一定的程度后才能被發(fā)現(xiàn)，但此時(shí)，設(shè)備一般已有一定程度的損壞，在這種情況下目測(cè)的方法就體現(xiàn)了它的滯后性，延誤了消除缺陷的時(shí)間。其他方法也都有其不確定性的因素存在，況且用人體來觸碰帶電設(shè)備來檢驗(yàn)其是否發(fā)熱這一方法也并不可取。此時(shí)，紅外熱像儀就顯示它無可比擬的優(yōu)越性：

(1)通過對(duì)設(shè)備表面溫度分布的測(cè)量，可以分析設(shè)備內(nèi)部熱損耗部位和性質(zhì)，從而判斷該設(shè)備的健康狀態(tài)。熱點(diǎn)溫度直觀顯示，熱圖像清晰，能儲(chǔ)存和打印。

(2)具有定性成像與定量測(cè)量的雙重功能，并有較高空間分辨率和溫度分辨率，能夠辨別很小的溫差。實(shí)時(shí)熱圖像能夠清晰顯示在屏幕上，為建立熱圖像數(shù)據(jù)庫(kù)提供了條件，實(shí)現(xiàn)了圖像采集、儲(chǔ)存、分析于一體的功能。

(3)用紅外熱成像儀檢測(cè)設(shè)備，屬于遠(yuǎn)距離非接觸式的掃描巡檢，可以保證人身設(shè)備的安全。

(4)紅外熱成像儀檢測(cè)設(shè)備，如同用攝像機(jī)錄像，能夠快速的對(duì)大面積的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，能夠準(zhǔn)確、直觀的發(fā)現(xiàn)與運(yùn)行電壓、電流有關(guān)的設(shè)備缺陷，還可對(duì)缺陷的性質(zhì)、位置、程度做出定性、定量的判斷。

使用紅外熱像儀對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)溫作為無損、非接觸檢測(cè)設(shè)備的技術(shù)手段，在設(shè)備帶電運(yùn)行時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)其它監(jiān)測(cè)手段無法發(fā)現(xiàn)的熱缺陷，減少故障導(dǎo)致的非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間，具有超前診斷的優(yōu)越性等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在電力行業(yè)廣泛使用。

4 紅外熱像儀在變電站巡視檢查中的應(yīng)用

紅外成像儀能很清楚地顯示設(shè)備的溫度場(chǎng)，對(duì)設(shè)備的整體發(fā)熱情況作很直觀的觀察，對(duì)同一設(shè)備的不同點(diǎn)溫度的異常也能很快發(fā)現(xiàn)，具有穩(wěn)定、可靠、測(cè)溫迅速、分辨率高、直觀、不受電磁干擾以及信息采集、存儲(chǔ)、處理和分析方便等優(yōu)點(diǎn)。我公司在平時(shí)的巡視維護(hù)中，廣泛依托“FLUKE、TESTO、FLIR”等品牌紅外熱像儀對(duì)變電一、二次設(shè)備進(jìn)行測(cè)溫，多次發(fā)現(xiàn)設(shè)備溫度缺陷，由于提前預(yù)知，大大降低了設(shè)備的損壞率，有效保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行，為迎峰度夏和重大節(jié)假日期間保證供電起到了很大的作用。

下面結(jié)合我們的實(shí)踐，選取一些典型案例，對(duì)利用紅外熱像儀提高運(yùn)行人員的巡視效果和缺陷分析能力作一下介紹。

4.1 設(shè)備接點(diǎn)發(fā)熱

設(shè)備接點(diǎn)發(fā)熱的原因主要是接觸電阻變大造成的。設(shè)備接點(diǎn)或電纜接頭發(fā)熱會(huì)造成絕緣燒毀、著火甚至斷線，不但造成大量的電能損失，而且會(huì)嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，輕則設(shè)備工作電流增大，影響壽命，重則突然中斷供電，還會(huì)釀成火災(zāi)和觸電事故等，造成難以估量的損失。

案例1：2013年7月3日在110kV菏澤變電站進(jìn)行紅外成像測(cè)溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)110kV菏澤線5114開關(guān)A相-1刀閘側(cè)接線線夾發(fā)熱99．7℃(圖1)，按照《導(dǎo)則》規(guī)定，屬于嚴(yán)重缺陷。處理時(shí)發(fā)現(xiàn)C相接線板(接頭)接觸面氧化較嚴(yán)重，對(duì)線夾和導(dǎo)線進(jìn)行打磨處理，并更換了壓接螺栓。

圖1 菏澤站110kV菏澤線5114開關(guān)A相-1刀閘側(cè)接線線夾發(fā)熱99.7℃

圖2 東明站#2主變110kV側(cè)A相套管將軍帽上端發(fā)熱79.1℃

圖3 馬嶺崗站#2主變35kV側(cè)302-1刀閘C相刀閘口發(fā)熱122℃

圖5 單城站220kV白單線203-3刀閘C相線路側(cè)引下線發(fā)熱79.4℃

圖6 蔡莊站220kV保護(hù)室直流屏Ⅰ接觸器發(fā)熱99.7℃

圖7 牡丹站低壓配電屏零線銅排壓接點(diǎn)發(fā)熱51.5℃

4.2 導(dǎo)線熱故障

導(dǎo)線發(fā)熱分為兩種情況，一種是通電導(dǎo)線中電子的運(yùn)動(dòng)受到阻礙，產(chǎn)生熱量，其發(fā)熱程度與下列因素有關(guān)：導(dǎo)線的材料、截面積、長(zhǎng)度、傳輸電壓、電流、頻率、距離及導(dǎo)線周圍的環(huán)境溫度。另一種是導(dǎo)線受損造成局部電阻變大，在同樣電流通過的情況下產(chǎn)生熱量比較正常導(dǎo)線高；造成導(dǎo)線局部發(fā)熱的原因包括：導(dǎo)線受損斷股，氧化老化造成電阻增大等。

案例5：2013年6月17日在220kV單城變電站進(jìn)行紅外成像測(cè)溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)220kV白單線203-3刀閘C相線路側(cè)引下線導(dǎo)線有一點(diǎn)發(fā)熱

4.3 二次設(shè)備發(fā)熱

二次設(shè)備發(fā)熱與高壓側(cè)發(fā)熱的起因基本是一樣的，主要包括：連接點(diǎn)壓接不牢，負(fù)荷過大，設(shè)備老化等。二次設(shè)備發(fā)熱同樣對(duì)變電站的正常運(yùn)行有著巨大的安全威脅，排除二次發(fā)熱同樣對(duì)變電站的安全運(yùn)行有著重要作用。

案例6：2013年6月19日在220kV蔡莊變電站進(jìn)行紅外成像測(cè)溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)220kV保護(hù)室直流屏Ⅰ一接觸器發(fā)熱99．7℃(圖6)，處理時(shí)發(fā)現(xiàn)接觸器內(nèi)部接點(diǎn)松動(dòng)，接觸不良引起發(fā)熱，對(duì)該接觸器進(jìn)行了更換。

案例7：2013年12月20日在110kV牡丹變電站進(jìn)行紅外成像測(cè)溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)保護(hù)室低壓配電屏Ⅱ零線銅排一壓接點(diǎn)溫度偏高，壓接處51．5℃(圖7)，檢查發(fā)現(xiàn)該壓接螺栓未壓緊，接觸不良，對(duì)該螺栓進(jìn)行緊固后測(cè)溫正常。

用紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行設(shè)備接頭發(fā)熱等外部陷檢測(cè)已十分成熟，判據(jù)準(zhǔn)確。但對(duì)于設(shè)備內(nèi)部缺陷的診斷還存在一定的難度，根據(jù)我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)大量的紅外檢測(cè)工作經(jīng)驗(yàn)，我們建議在進(jìn)行紅外檢測(cè)工作時(shí)必須依據(jù)紅外導(dǎo)則的要求，靈活運(yùn)用各種適合的分析診斷方法，同時(shí)結(jié)合具體設(shè)備的工況、內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析診斷，必要時(shí)還需進(jìn)行停電下的電氣性能試驗(yàn)來輔助分析缺陷，特別對(duì)電壓互感器、電流互感器、避雷器、耦合電容器等電壓致熱型設(shè)備，2℃左右的微小溫差決不能忽視，這樣才能準(zhǔn)確分析、診斷出設(shè)備的內(nèi)部熱缺陷。

5 結(jié)語

通過使用紅外熱成像儀對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)是切實(shí)可行、卓有成效的。設(shè)備運(yùn)行中，紅外檢測(cè)往往可找到一些看似無關(guān)大局的小問題，當(dāng)正常停電檢修過程中分別給予解決，當(dāng)逐個(gè)解決了這些小問題后，也就避免了大多數(shù)嚴(yán)重問題的發(fā)生，改善了電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況。紅外檢測(cè)技術(shù)對(duì)運(yùn)行中的舊設(shè)備，它可以找出其失效部件，最大限度地減少它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成的損害，設(shè)備的壽命得以延長(zhǎng)，災(zāi)難性故障可以避免，同時(shí)可以確定修理的具體部位，避免了整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)閉；對(duì)運(yùn)行中的新設(shè)備，雖然并不一定能找出任何嚴(yán)重問題，但可為運(yùn)行人員提供有價(jià)值的原始數(shù)據(jù)資料；對(duì)那些修理過的設(shè)備，它的檢測(cè)可以確信它們的工作是否正常，從而進(jìn)一步增加設(shè)備的工作效率、安全運(yùn)行。特別是用紅外測(cè)溫時(shí)無需停電，可避免造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失，極大提高了電力系統(tǒng)的供電可靠性。使用紅外熱成像儀不僅能測(cè)出目標(biāo)表面的溫度，還能實(shí)時(shí)反映目標(biāo)表面的溫度分布，這對(duì)于早期發(fā)現(xiàn)缺陷，判斷缺陷點(diǎn)位置，分析缺陷原因，都是非常有效的。同時(shí)由于紅外測(cè)溫是非接觸測(cè)溫，操作十分安全，再加上它的高靈敏度和強(qiáng)大的采集功能，在變電站日常運(yùn)行管理工作中越來越顯示出其應(yīng)用的必要性。

[1]DL/T 664-2008《帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則》中國(guó)電力出版社.

[2]國(guó)家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程(變電部分)(國(guó)家電網(wǎng)安監(jiān)[2009]664號(hào)).

[3]魯電集團(tuán)生[2008]417號(hào)《山東電力集團(tuán)公司電力設(shè)備紅外檢測(cè)技術(shù)管理規(guī)范》.

趙俊杰(1975-),男,助理工程師,技師,長(zhǎng)期從事變電運(yùn)行工作。

劉相興(1971-),男,助理工程師,高級(jí)技師,長(zhǎng)期從事變電運(yùn)行工作。

牛東濤(1970-),男,技師,長(zhǎng)期從事變電運(yùn)行工作。