紅外診斷技術(shù)在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用

王斌

廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司北海供電局 536000

摘要：隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，電力生產(chǎn)規(guī)模也不斷擴(kuò)大，國家對電力生產(chǎn)的安全性、穩(wěn)定性要求越來越高，人民對電力需求的依賴性越來越強(qiáng)。本文以紅外診斷技術(shù)為研究對象，結(jié)合其相關(guān)理論知識，分析了該技術(shù)在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：紅外診斷技術(shù)；電力生產(chǎn)；應(yīng)用

前言

電力紅外診斷具有不停電、不取樣、非接觸、操作安全等優(yōu)點(diǎn)，可以實時、快速、準(zhǔn)確對電力設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)督，覆蓋所有電氣設(shè)備各種故障的診斷。通過對設(shè)備缺陷的閉環(huán)管理，開展?fàn)顟B(tài)檢修，可有效地避免設(shè)備從初始發(fā)熱狀態(tài)到故障狀態(tài)演變過程中突發(fā)事故的發(fā)生，以確保電網(wǎng)和設(shè)備的安全運(yùn)行，保障安全效益與社會效益，因而研究該技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。

1.紅外診斷技術(shù)理論基礎(chǔ)

1.1紅外熱像儀的工作原理

紅外熱像儀的工作原理是利用紅外探測器、光學(xué)成像物鏡和光機(jī)掃描系統(tǒng)，接受被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形，反映到紅外探測器的光敏元件上，通過光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)對被測物體的紅外熱像進(jìn)行掃描，并聚焦在分光探測器上，由探測器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換到監(jiān)測器，顯示紅外熱像圖。如圖1所示。

圖1紅外熱像儀原理示意圖

紅外熱像儀適用于工業(yè)領(lǐng)域各類設(shè)備的檢測，是通過紅外光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測器及電子處理系統(tǒng)，將物體表面紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見圖像的設(shè)備。它具有測溫功能，具備定量繪出物體表面溫度分布的特點(diǎn)，將灰度圖像進(jìn)行偽彩色編碼。

1.2故障的定位、定性與起因判別

線路中的過熱接頭、不良連接件及劣化、污穢絕緣子等故障，通過回放錄制的線路熱像進(jìn)行查找。線路連接件出現(xiàn)連接故障時，其熱像總顯得特別亮，并且都處于導(dǎo)線上。發(fā)現(xiàn)這種情況時，應(yīng)利用錄像機(jī)慢放功能仔細(xì)核實確定。有時導(dǎo)線上也可能出現(xiàn)虛假故障點(diǎn)，但在這種情況下可通過觀察虛假故障點(diǎn)與導(dǎo)線熱像在顯示器上是否相對移動來鑒別[1]。

關(guān)于電氣設(shè)備內(nèi)部故障定位、定性和起因判斷，目前主要根據(jù)設(shè)備表面溫度分布的熱像特征，并結(jié)合設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)與傳熱學(xué)分析、模擬試驗及解體驗證取得的經(jīng)驗規(guī)律進(jìn)行分析判別。例如，某變壓器220kV側(cè)B相套管將軍帽過熱，通過紅外檢測，檢出該變壓器220kV側(cè)各相套管將軍帽的溫度相差很大，從熱像分析看出套管外部各裸露連接點(diǎn)連接良好，沒有局部過熱現(xiàn)象，因此判定故障在套管內(nèi)部，其中A相溫度為34.7℃，B相溫度為86.4℃，C相溫度為35℃，環(huán)境參照體溫度為33.5℃，通過計算相對溫差為97.7%，根據(jù)相對溫差判據(jù)診斷B相套管內(nèi)部存在緊急故障，建議停電檢修。解體檢修時發(fā)現(xiàn)B相套管穿線引線及穿纜頭的焊接質(zhì)量粗糙，有嚴(yán)重的脫焊現(xiàn)象，造成B相套管內(nèi)部過熱。

2.輸變電設(shè)備的紅外診斷

2.1變電站紅外診斷策略

（1）進(jìn)行變電站紅外診斷，應(yīng)先站到視野開闊的地方拍攝，看整個設(shè)備區(qū)有多少發(fā)熱點(diǎn)，清楚設(shè)備發(fā)熱點(diǎn)大概的部位，然后逐一尋找發(fā)熱點(diǎn)，以免遺漏。紅外診斷的設(shè)備要全面到位，診斷率應(yīng)達(dá)到100%。

（2）有目的地進(jìn)行紅外診斷，運(yùn)行監(jiān)督為狀態(tài)檢修服務(wù)。例如，在安排設(shè)備集中檢修之前進(jìn)行診斷，將缺陷部位的紅外熱像及時、準(zhǔn)確地提供給檢修人員，可減輕檢修人員無效作業(yè)的工作量。檢修完畢再進(jìn)行一次紅外診斷，檢驗設(shè)備檢修質(zhì)量，形成設(shè)備缺陷的閉環(huán)管理。

（3）把握良好的紅外診斷時機(jī)，講究紅外診斷效率。現(xiàn)場要排除外部環(huán)境對紅外熱像儀的干擾，例如陽光、燈光、不銹鋼設(shè)備標(biāo)牌、加熱器、電抗器電磁的干擾等。紅外診斷最好在晚上或陰天進(jìn)行，因為在太陽下進(jìn)行診斷效果很差。夏季的夜晚，要等到設(shè)備所吸收太陽光的熱量散發(fā)掉、空氣溫度降低后再進(jìn)行診斷。

（4）圖譜分析與多項技術(shù)會診。紅外診斷靠影像與顯示的發(fā)熱溫度以及典型的圖譜，來判斷設(shè)備缺陷部位和性質(zhì)。圖譜分析結(jié)論客觀、準(zhǔn)確，是電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的優(yōu)良手段。紅外熱像發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷后，應(yīng)進(jìn)行設(shè)備缺陷原因分析，特別是紅外診斷發(fā)現(xiàn)電壓致熱型設(shè)備運(yùn)行異常，應(yīng)根據(jù)紅外熱像提供的設(shè)備整體熱場分布，結(jié)合高壓試驗、油化驗、色譜分析技術(shù)進(jìn)行排查。用高壓試驗數(shù)據(jù)與紅外熱像顯示的溫度數(shù)據(jù)對比，判斷設(shè)備內(nèi)部異常的性質(zhì)會更準(zhǔn)確[2]。

2.2變壓器重點(diǎn)部位紅外診斷

變壓器是輸變電設(shè)備中的關(guān)鍵設(shè)備，掌握變壓器各部位發(fā)熱缺陷的診斷判別方法，通過變壓器各部位發(fā)熱缺陷紅外圖譜特征的識別與分析，預(yù)防變壓器的常見性與潛伏性故障，是紅外診斷技術(shù)研究的重要課題。變壓器正常運(yùn)行時紅外熱像如圖2所示。

圖2變壓器正常運(yùn)行時紅外熱像

變壓器紅外診斷重點(diǎn)部位包括：套管內(nèi)部介質(zhì)損耗異常、變壓器在運(yùn)行中因振動或安裝質(zhì)量不良、變壓器金屬外殼各部位內(nèi)部漏磁通產(chǎn)生的渦流損耗引起箱體或部分連接螺桿發(fā)熱等。

在使用紅外診斷時需要注意：應(yīng)從四周各方向?qū)⒆儔浩鏖g隔設(shè)備重點(diǎn)部位全面掃描到位，發(fā)現(xiàn)有異常后，再有針對性地近距離對異常部位進(jìn)行“精確紅外診斷”；對變壓器導(dǎo)電回路的外部連接部分進(jìn)行紅外診斷時，采用“表面溫度判斷法”；在雨霧天氣特殊環(huán)境下對套管絕緣子污穢的紅外診斷，一要采集污穢絕緣子放電熱區(qū)的紅外熱像，二要采集正常絕緣子紅外熱像，進(jìn)行對比后，準(zhǔn)確進(jìn)行溫差計算。

3.提高紅外診斷技術(shù)準(zhǔn)確性的方法

3.1熱像特征法

所有電氣設(shè)備在正常情況下都有相應(yīng)的正常穩(wěn)定溫升或表面熱分布，其紅外熱像就是該設(shè)備在正常運(yùn)行狀態(tài)下的特征紅外圖譜。對于同型號和運(yùn)行條件相同的設(shè)備，在無任何內(nèi)外部故障時特征紅外圖譜基本相同。當(dāng)電氣設(shè)備出現(xiàn)內(nèi)部或外部故障時，則故障經(jīng)內(nèi)部構(gòu)件和介質(zhì)進(jìn)行熱傳遞，或通過其他形式進(jìn)行熱交換，改變設(shè)備表面故障部位的穩(wěn)定溫升或溫度分布。因此，通過辨認(rèn)現(xiàn)場攝制的設(shè)備紅外熱像圖，只要發(fā)現(xiàn)熱像特征存在異常變化，均可判定設(shè)備內(nèi)部已出現(xiàn)故障，并根據(jù)熱場分布變化的特點(diǎn)及溫升值的大小，還可以對內(nèi)部故障的屬性、故障位置及嚴(yán)重程度作出準(zhǔn)確的診斷。例如，在瓷瓶串熱像中，一旦出現(xiàn)缺口似的熱像，則表明相應(yīng)位置的瓷瓶已成為零值絕緣子，而低值瓷瓶和污穢瓷瓶也可以通過熱像圖來區(qū)別進(jìn)行鑒別[3]。

3.2相對溫差判別法

相對溫差就是兩個對應(yīng)測量點(diǎn)之間的溫差與其中較熱點(diǎn)溫升之比的百分?jǐn)?shù)，用表示，則：

其中和分別為發(fā)熱點(diǎn)的溫升和溫度；和為正常相對應(yīng)點(diǎn)的溫升和溫度；為環(huán)境參照體的溫度。

從公式中可看出，對于設(shè)備中電流效應(yīng)發(fā)熱的內(nèi)外導(dǎo)流回路故障而言，相對溫差只決定于故障部位與正常部位接觸電阻的相對劣化程度，而與檢測時的負(fù)荷電流、環(huán)境溫度、檢測距離、風(fēng)速、相對濕度及設(shè)備表面發(fā)射率等一系列影響因素?zé)o關(guān)。因此，用其來判定設(shè)備內(nèi)外電氣連接故障時，既方便，又可減小因檢測條件和運(yùn)行狀態(tài)影響帶來的誤差。但是，當(dāng)用相對溫差來判定絕緣故障時，盡管相對溫差與運(yùn)行電壓及絕緣介質(zhì)損耗因數(shù)也無關(guān)，但因在這種情況下測溫相對誤差可能較大，所以也會給故障判斷（尤其是對故障嚴(yán)重程度的判定）帶來誤差。

4.結(jié)語

總的來說，紅外診斷技術(shù)對電力生產(chǎn)是十分合適、十分必要的。它可以準(zhǔn)確判斷設(shè)備某些故障、有效降低維修費(fèi)用、保障安全可靠供電。而對于那些發(fā)熱機(jī)理或傳導(dǎo)熱量途徑復(fù)雜的設(shè)備，還有待進(jìn)行模擬試驗、現(xiàn)場檢測和大量熱圖譜的積累及圖象處理分析。還可以通過設(shè)備熱狀態(tài)的交化預(yù)知被泌設(shè)備的未來狀態(tài)，合理安排維修量和延長維修間隔，對電力設(shè)備運(yùn)行，對電力生產(chǎn)設(shè)備的定期預(yù)防性維修都將發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]田洋.淺談如何搞好輸變電設(shè)備的狀態(tài)檢修管理[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊）.2013（02）

[2]周亮.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)狀態(tài)檢修及評估[J].廣東科技.2013（06）

[3]陳昱同，何杰，閆杰.紅外診斷在電力設(shè)備狀態(tài)檢修中的應(yīng)用[J].山西電力.2013（03）