紅外測溫技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用

馬國棟+李倩

【摘 要】紅外測溫技術(shù)在配網(wǎng)設(shè)備運行維護中有著廣泛應(yīng)用，它一種非常科學(xué)、重要的測溫技術(shù)。紅外測溫技術(shù)的研究與應(yīng)用主要目的是提高配電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測水平，為狀態(tài)檢修工作提供可靠的技術(shù)支持。本文介紹了紅外測溫技術(shù)在配電網(wǎng)中應(yīng)用的原理、方法和系統(tǒng)構(gòu)成。利用紅外熱成像技術(shù)在配電網(wǎng)中應(yīng)用，查找電氣設(shè)備的缺陷，保證電網(wǎng)安全可靠運行。

【關(guān)鍵詞】紅外成像；紅外測溫；配電網(wǎng)；狀態(tài)檢修

0 引言

隨著電力系統(tǒng)配電網(wǎng)狀態(tài)檢修工作的逐步開展，設(shè)備的狀態(tài)檢測工作將在狀態(tài)檢修工作中起到舉足輕重作用。目前紅外測溫技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，從電氣的高壓設(shè)備到低壓設(shè)備，機、爐高溫高壓管道都能早期及時發(fā)現(xiàn)其異常，為保障發(fā)電廠機組及電網(wǎng)的安全運行起著其它監(jiān)測手段不可替代的作用。

1 紅外檢測與故障診斷的基本原理

對于電力設(shè)備，紅外檢測與故障診斷的基本原理就是通過探測被診斷設(shè)備表面的紅外輻射信號，從而獲得設(shè)備的熱狀態(tài)特征，并根據(jù)這種熱狀態(tài)及適當(dāng)?shù)呐袚?jù)，作出設(shè)備有無故障及故障屬性、出現(xiàn)位置和嚴(yán)重程度的診斷判別。

當(dāng)電力設(shè)備發(fā)生缺陷或故障時，缺陷部位的溫升將發(fā)生明顯變化，尤以電流效應(yīng)引起的發(fā)熱更明顯。而且可能急劇增加。外部缺陷的紅外檢測和診斷是對電力設(shè)備暴露在外部的結(jié)點和部件直接測溫判斷，根據(jù)測得的實際溫度，換算成與環(huán)境溫度的溫升值及與同類物體或本身的不同部位之間的溫度差變化進行的一種定量分析判斷的方法。內(nèi)部缺陷的紅外檢測和診斷，是對電力設(shè)備內(nèi)部過熱部位通過熱傳導(dǎo)反映在外部與發(fā)熱源聯(lián)系的導(dǎo)體和部件溫度的異常升高后外部熱分布場的變化來分析判斷設(shè)備內(nèi)部的熱缺陷的一種定性的分析診斷方法。

電力設(shè)備出現(xiàn)故障以后，若不早期診斷和排除，則這些故障將會逐漸發(fā)展演變，最終惡化而形成事故。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)及大量其他單位的綜合統(tǒng)計電力設(shè)備外部熱缺陷一般占設(shè)備缺陷總檢出數(shù)的90%-93%，內(nèi)部熱缺陷僅占7%-10%左右。電力設(shè)備外部熱缺陷或熱故障主要是各種電氣引流的裸露接頭，高壓設(shè)備或線路中的連接器件等由于壓接不良、或受到氧化、腐蝕及灰塵的影響，或因材質(zhì)不良和加工、安裝工藝的問題、或沖擊負荷的影響、機械振動等各種原因造成的接觸電阻增大而出現(xiàn)的局部過熱。電力設(shè)備的這些缺陷若不能及時發(fā)現(xiàn)和處理，將可能會造成斷線，局部燒毀。

2 紅外測溫技術(shù)的優(yōu)點及紅外測溫設(shè)備的技術(shù)要求

2.1 紅外測溫技術(shù)在配電網(wǎng)應(yīng)用中的優(yōu)點

紅外測溫技術(shù)在電力設(shè)備異常診斷中的成功應(yīng)用，為維修方式的轉(zhuǎn)變提供了極良好的手段。近年來電力設(shè)備的維修正向預(yù)知性維修變化，依據(jù)每個設(shè)備的工作狀況進行定期的監(jiān)測，根據(jù)其劣化和損害程度來計劃維修；實現(xiàn)了這種預(yù)知維修，設(shè)備才會獲得更高的可靠性，并能減少維修的人力物力。由于紅外熱像檢測取得了良好的效果，有效地發(fā)現(xiàn)了設(shè)備的弱點，現(xiàn)在熱成像檢測已成為維修工作的一大特點。工業(yè)中的電力設(shè)備故障，其25%是由于連接松動引起的。因為大量的電氣接頭和連接件由于磨損、腐蝕、勝污、氧化、材料不合格、工藝設(shè)計等方面的問題都可造成過熱。任何電力設(shè)備很少事先沒有征兆就發(fā)生故障的，任何電力設(shè)備，不管維護得多么好，都會在每次檢查時發(fā)現(xiàn)些新問題。一旦設(shè)備有一處開始發(fā)熱，若不予以維修，那它發(fā)生故障僅僅是個時間早晚的問題。

紅外測溫采用非接觸性測量，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)備正常運行的情況下直接測量，特別是高電壓設(shè)備，減少了倒閘操作，實現(xiàn)在線監(jiān)測；易于進行計算機分析、實施狀態(tài)性檢修；還可以利用遠紅外軟件進行分析比較，做出可靠的判斷，所測出的精確度也是一般儀器所達不到的。

通過紅外檢測診斷，可預(yù)防設(shè)備的電氣和機械事故及災(zāi)難性火災(zāi)，改變維修管理體制，使其從預(yù)防性的，甚至是緊急狀態(tài)下的搶修變成為預(yù)知性維修。紅外測溫技術(shù)可稱為設(shè)備管理工作的眼睛，它使電氣維修走出了盲目的時代。

2.2 紅外測溫設(shè)備技術(shù)要求

現(xiàn)在電力系統(tǒng)應(yīng)用的紅外成像設(shè)備主要包括兩種：斬波型紅外熱成像儀，非制冷焦平面紅外熱成像儀。紅外測溫設(shè)備應(yīng)具有如下系統(tǒng)功能：

1）手動巡檢：監(jiān)測人員隨時通過遠程即可實現(xiàn)對變電站室外一次設(shè)備的手動巡檢，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備過熱性故障。

2）自動巡檢：通過將發(fā)熱設(shè)備或正常設(shè)備設(shè)置為預(yù)置點（巡航點），每天通過三次的自動巡航，及時發(fā)現(xiàn)、跟蹤監(jiān)測發(fā)熱點溫度變化情況。

3）建立紅外圖譜庫：在系統(tǒng)自動巡航過程中，自動拍攝發(fā)熱點或正常設(shè)備的“紅外圖像”、“紅外圖片”和“可見光照片”，從而形成該變電站室外一次設(shè)備紅外圖譜庫。

4）實時分析紅外圖像：將專業(yè)紅外圖像分析軟件嵌入到該系統(tǒng)中，監(jiān)測、分析人員可以實時對歷史監(jiān)測記錄進行專業(yè)分析。

5）自動報警：在手動或自動巡航過程中，對于超過報警界限的發(fā)熱點，系統(tǒng)自動發(fā)出聲音報警，提醒監(jiān)測或運行人員查看報警記錄，并同時采集發(fā)熱點圖像。

3 紅外測溫作業(yè)流程及相關(guān)要求

3.1 現(xiàn)場檢測、數(shù)據(jù)采集流程

現(xiàn)場工作流程如表1所示：

3.2 紅外測溫周期

1）運行中的輸配電線路設(shè)備紅外測溫周期一般為每年兩次，即高溫大負荷來臨前的6月份及為保障春節(jié)供電的12月份，進行兩次普測；

2）對新建、大修后和改擴建的電氣設(shè)備在帶負荷運行的五天內(nèi)必須進行紅外測溫工作；

3）對于電網(wǎng)負荷變化、調(diào)整運行方式、大負荷、高溫天氣、重要節(jié)假日等情況，應(yīng)有重點的開展測試工作；

4）對于其他監(jiān)督手段測試發(fā)現(xiàn)問題的設(shè)備應(yīng)根據(jù)情況隨時安排測試。

3.3 紅外測溫技術(shù)要求

1）測溫時應(yīng)在空氣相對濕度不大于85%，風(fēng)速不大于0.5m/s的天氣狀況下進行，室外檢測應(yīng)在陰天、夜間或日落2h后，無雷電雨霧的天氣進行；室內(nèi)或晚上檢測應(yīng)避開燈光的直射，宜閉燈檢測。

2）檢測時應(yīng)注意儀器的溫度測量范圍，儀器的色標(biāo)溫度量程宜設(shè)置在環(huán)境溫度加10K-20K左右的溫升范圍。不能把鏡頭長時間對準(zhǔn)溫度超出量程的物體。

3）一般被測設(shè)備的輻射率取0.9左右。

4）現(xiàn)場檢測過程中，嚴(yán)格執(zhí)行儀器操作規(guī)程。每次檢測不應(yīng)少于兩人，分別承擔(dān)紅外儀器操作，數(shù)據(jù)記錄和安全監(jiān)督。

5）在檢測中不得接觸帶電運行設(shè)備及其附屬設(shè)施或?qū)ζ溥M行操作、改變、移動等，嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)安規(guī)規(guī)定。

6）紅外檢測時一般先用紅外熱像儀對全部應(yīng)測部位進行掃描，找出熱態(tài)異常部位，然后對異常部位和重點檢測設(shè)備進行準(zhǔn)確測溫。

4 配電網(wǎng)設(shè)備溫過熱異常原因歸納

電氣設(shè)備故障的危害，輕則造成設(shè)備損傷與停產(chǎn)；重則發(fā)生電氣火災(zāi)。電氣設(shè)備的初期異常現(xiàn)象常伴隨可覺察的溫度變化跡象，采用紅外線熱成像檢測可在不停電狀態(tài)下進行檢測工作。配電網(wǎng)設(shè)備運行中以下情況應(yīng)視為異常情況：設(shè)備的絕對溫度或相間溫差達到缺陷標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)備絕對溫度高于70℃或負荷小于額定值50%時相間溫差大于10℃；額定負荷以下，溫控器及柜體風(fēng)機工作正常前提下，與環(huán)境溫度相比較，開關(guān)柜體易觸及部位溫升大于20K；二次回路中同一回路不同部位、不同相別之間溫差超過5℃。

依據(jù)實際執(zhí)行紅外線熱成像檢測的數(shù)據(jù)，配電網(wǎng)經(jīng)常發(fā)生設(shè)備過熱異常的原因歸納如下：

1）設(shè)備長期運行使用后，均可能產(chǎn)生過熱異?，F(xiàn)象，其中大部份發(fā)生于接頭與連接點部位；

2）新增設(shè)的或曾作修改的設(shè)備，被發(fā)現(xiàn)過熱問題的概率較大；

3）材質(zhì)或形狀不同的導(dǎo)體間的端子連接部位因接點固定效果較差，易產(chǎn)生過熱現(xiàn)象；

4）部份端子接點因連接螺絲滑扣導(dǎo)致接點接觸不良，這類現(xiàn)象往往由于接點的過度緊固導(dǎo)致；

5）設(shè)備容量不足會導(dǎo)致設(shè)備的整體過熱現(xiàn)象，此情形因回路增加負載后設(shè)備整體規(guī)劃不周所致；

6）電纜頭及引線端子由于壓接不良造成過熱異常的現(xiàn)象頗為常見，這類缺陷即便采取接點定期緊固措施，亦不能有效改善；

7）長期高負荷或超載設(shè)備過熱現(xiàn)象比例很大，且過熱溫度較高；

8）負載變化頻繁的回路的熱脹冷縮和震動情況比較嚴(yán)重，易發(fā)生連接機構(gòu)松脫的過熱現(xiàn)象；

9）通風(fēng)不良或未配置空調(diào)設(shè)備的配電室，因環(huán)境溫度過高或濕度過大而發(fā)生問題，其過熱異常的比例與程度明顯偏高；

10）配電柜的設(shè)備過度集中，即使裝設(shè)排風(fēng)裝置，亦未必能達到良好的散熱目的；

11）電纜槽或線束因?qū)Ь€過度集中，致使散熱作用不良，造成絕緣層長期過熱而劣化；

12）由于設(shè)計施工的疏忽，大部份的大負載（大電流）通過區(qū)域，容易發(fā)生渦流過熱的問題；

13）設(shè)備狀況與使用環(huán)境關(guān)系緊密，室外設(shè)備較室內(nèi)設(shè)備易發(fā)生過熱現(xiàn)象；

14）雨霧、粉塵、酸性與堿性危害嚴(yán)重的地區(qū)的室外設(shè)備由于化學(xué)腐蝕造成的過熱異常非常明顯；

15）設(shè)備狀況的優(yōu)劣與維護工作的制定關(guān)系顯著，低壓設(shè)備的缺陷比例高于高壓設(shè)備缺陷比例；

16）設(shè)備由于所處環(huán)境惡劣或安裝位置較為隱密，維護工作中易被疏忽遺漏，所以產(chǎn)生過熱問題的概率較高。

5 小結(jié)

目前，全網(wǎng)正在推行配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修，根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)和評價診斷結(jié)果安排檢修時間和項目，對設(shè)備進行主動檢修。紅外線測溫能有效、快速地發(fā)現(xiàn)運行電力設(shè)備的缺陷，為配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)評價提供依據(jù)。相信，將來紅外測溫技術(shù)會在配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修中扮演越來越重要的角色。

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[責(zé)任編輯：湯靜]