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【摘要】本文结合天水电网运用红外成像仪在状态检修中检测到的实际电力设备故障，阐明了红外测温能有效发现的故障和故障的热特征，并总结了红外测温和分析的方法。
【关键词】红外成像 状态检修 测温
1 前言
任何温度高于绝对零度的物体，都会不停地向外辐射红外热能，物体温度越高，辐射的能量越大。红外成像技术就是通过检测这种红外辐射能量，从而判断设备表面的温度及温度场的分布。电力设备的故障缺陷往往都伴随着热量的产生，利用红外热像仪测定电力设备表面的温度场，就可以判断电力设备是否存在热故障。此外，红外成像技术具有远距离、非接触、不受电磁干扰等特点。本文结合天水供电公司实际红外测温发现的一些投运电力设备故障，指出了变电站内电力设备故障的热特征，并总结了红外测温的测温方法。
2 红外热像在电力系统中的应用
目前电力系统中电力设备大多采用的计划检修体制存在着严重缺陷，如临时性维修频繁、维修不足或维修过剩、盲目维修等，这使世界各国每年在设备维修方面耗资巨大。怎样合理安排电力设备的检修，节省检修费用、降低检修成本，同时保证系统有较高的可靠性，对系统运行人员来说是一个重要课题。随着红外热像技术、计算机软硬件和数字信号处理技术、人工神经网络、专家系统、模糊集理论等综合智能系统在状态监测及故障诊断中应用，使基于设备状态监测和先进诊断技术的状态检修研究得到发展，成为电力系统中的一个重要研究领域。
电力设备的故障有多种多样，但大多数都伴有发热的现象。从红外诊断的角度看，通常分为外部故障和内部故障。众所周知，电力系统运行中，载流导体会因为电流效应产生电阻损耗，而在电能输送的整个回路上存在数量繁多的连接件、接头或触头。在理想情况下，输电回路中的各种连接件、接头或触头接触电阻低于相连导体部分的电阻，那么，连接部位的损耗发热不会高于相邻载流导体的发热，然而一旦某些连接件、接头或触头因连接不良，造成接触电阻增大，该部位就会有更多的电阻损耗和更高的温升，从而造成局部过热。此类通常属外部故障。 外部故障的特点是：局部温升高，易用红外热像仪发现，如不能及时处理，情况恶化快，易形成事故，造成损失。 而电力设备的内部故障，主要是指封闭在固体绝缘以及设备壳体内部的电气回路故障和绝缘介质劣化引起的各种故障。由于这类故障出现在电气设备的内部，因此反映的设备外表的温升很小，通常只有几K。檢测这种故障对检测设备的灵敏度要求较高。内部故障的特点是：故障比例小，温升小，危害大，对红外检测设备要求高。
根据相关单位提供的长期实测数据及大量案例的综合统计，电力设备外部热缺陷一般占设备缺陷总指数的90%～93%，内部热缺陷仅占7%～10%左右。
电力设备正常运行时，由于电流、电压的作用将产生发热，主要包括电流效应引起的发热和电压效应引起的发热。当电力设备缺陷或故障时，缺陷部位的温度将产生异常变化。利用红外成像可以检测设备的温度状态变化，进而对电力设备的状态作出判断。电力设备故障会影响设备的热场分布，红外成像仪获取电力设备的热场分布图，就可以据此判断设备的状态而为检修提供依据。
近年来，天水电网在运用红外成像检测电力设备故障中积累了丰富的经验，多次成功地发现了在运设备的缺陷，预防了事故的发生，保证了全省电网的安全高效运行。红外热像仪检测到的电力设备故障主要有以下五个方面：
a 电力设备导流回路故障，电力设备带负荷运行时，通流设备会因连接不良、接头松动等等引起过热。故障发热与负荷电流的平方成正比，外部导流故障点能很容易确定故障位置，而设备内部接触故障需依据内部接线结构和其传热特性确定。实际检测中发现的此类故障最多，图1是电力设备外部连接不良致热图谱。
b 电气设备内部绝缘故障。变电站内设备内部绝缘受潮，或绝缘介质老化和内部放电等绝缘故障都会引起发热。此类故障的发热与运行电压的平方成正比，与负荷电流大小无关。此电压致热型缺陷一般发热相与正常相相比温差较小，在判断故障是否由内部绝缘下降引起的过热时，可将负荷电流降为零，在额定电压下加压判断，借此可排除负荷电流对电压致热型缺陷判断的干扰。
c 漏磁通引起的发热故障。具有磁回路的电力设备，由于设计等原因产生的漏磁通会引起电位差和涡流，从而导致局部过热。此类故障的热特征是以环流或涡流中心为最高温度的热分布。检测发现，变压器的箱体、补偿电抗器漏磁通引起的涡流以及单相电缆的金属固定夹易发生此类热故障。
。
d 电压分布不均造成的过热故障。电压型致热电力设备因内部故障或外部条件变化而改变其正常运行时的电压分布，在设备外表面产生异常的局部过热图谱。避雷器、支柱绝缘子和线路绝缘子串分布电压异常会在外表面形成过热区。
e 充油类电力设备缺油故障。现在投运较多的充油类设备有电容器、电流互感器和电压互感器、变压器和套管，会因漏油而造成缺油或假油位，在这种状态下运行极易造成严重的事故。因电力设备缺油后，油面上下介质的导热系数差异较大，会在设备外表面形成明显的温度梯度。使用红外热像仪可以很容易检测此类故障。
3 红外测温对测温人员的要求
不同的测温人员红外基础知识和仪器的使用等掌握程度不同将影响检测结果。而每个人的测温习惯不一样，所选取的设备部位以及测量距离都有所不同，在电气设备运行状态管理中，经常需要把同组设备相同部位在不同时期检测的结果进行比较，以便掌握设备运行状况及故障隐患的发展变化情况。所以，检测时应尽可能保障位置固定、高度相同、和摄像角度一样，这样才可保证不同时期的检测结果具有可比性，应尽量安排固定人员测量固定的设备。
4 结论
红外测温技术可以监测设备运行状态，判断设备缺陷、监控设备劣化趋势，预防电气设备发生一些重大事故，及时发现故障点，把事故扼杀于萌芽状态，为设备的定期检修、抢修逐渐转变为状态维修提供科学依据。但就目前红外测温技术发展的水平来看，还不能对所有设备的内部故障做出准确判断。因此我们应将其他常规试验手段和红外测温技术有机结合起来，才能为设备的状态评价提供更有效的依据，从而制定出合理的检修计划。
参考文献：
[1]杨武，王小华，荣命哲，等.基于红外测温技术的高压电力设备温度在线监测传感器的研究[J].中国电机工程学报，2002，22（9）：113-117
[2] 胡世征等.DL/T 664- 1999 带电设备红外诊断技术应用导则.北京：中国标准出版社，2000
[3] 陈衡，侯善敬等.电力设备故障红外诊断.北京：中国标准出版社，1999
邮寄地址：电话：18219988906 杜争鸣
地址：甘肃省天水市秦州区莲亭路55号天水供电公司调度控制中心自动化室
【关键词】红外成像 状态检修 测温
1 前言
任何温度高于绝对零度的物体，都会不停地向外辐射红外热能，物体温度越高，辐射的能量越大。红外成像技术就是通过检测这种红外辐射能量，从而判断设备表面的温度及温度场的分布。电力设备的故障缺陷往往都伴随着热量的产生，利用红外热像仪测定电力设备表面的温度场，就可以判断电力设备是否存在热故障。此外，红外成像技术具有远距离、非接触、不受电磁干扰等特点。本文结合天水供电公司实际红外测温发现的一些投运电力设备故障，指出了变电站内电力设备故障的热特征，并总结了红外测温的测温方法。
2 红外热像在电力系统中的应用
目前电力系统中电力设备大多采用的计划检修体制存在着严重缺陷，如临时性维修频繁、维修不足或维修过剩、盲目维修等，这使世界各国每年在设备维修方面耗资巨大。怎样合理安排电力设备的检修，节省检修费用、降低检修成本，同时保证系统有较高的可靠性，对系统运行人员来说是一个重要课题。随着红外热像技术、计算机软硬件和数字信号处理技术、人工神经网络、专家系统、模糊集理论等综合智能系统在状态监测及故障诊断中应用，使基于设备状态监测和先进诊断技术的状态检修研究得到发展，成为电力系统中的一个重要研究领域。
电力设备的故障有多种多样，但大多数都伴有发热的现象。从红外诊断的角度看，通常分为外部故障和内部故障。众所周知，电力系统运行中，载流导体会因为电流效应产生电阻损耗，而在电能输送的整个回路上存在数量繁多的连接件、接头或触头。在理想情况下，输电回路中的各种连接件、接头或触头接触电阻低于相连导体部分的电阻，那么，连接部位的损耗发热不会高于相邻载流导体的发热，然而一旦某些连接件、接头或触头因连接不良，造成接触电阻增大，该部位就会有更多的电阻损耗和更高的温升，从而造成局部过热。此类通常属外部故障。 外部故障的特点是：局部温升高，易用红外热像仪发现，如不能及时处理，情况恶化快，易形成事故，造成损失。 而电力设备的内部故障，主要是指封闭在固体绝缘以及设备壳体内部的电气回路故障和绝缘介质劣化引起的各种故障。由于这类故障出现在电气设备的内部，因此反映的设备外表的温升很小，通常只有几K。檢测这种故障对检测设备的灵敏度要求较高。内部故障的特点是：故障比例小，温升小，危害大，对红外检测设备要求高。
根据相关单位提供的长期实测数据及大量案例的综合统计，电力设备外部热缺陷一般占设备缺陷总指数的90%～93%，内部热缺陷仅占7%～10%左右。
电力设备正常运行时，由于电流、电压的作用将产生发热，主要包括电流效应引起的发热和电压效应引起的发热。当电力设备缺陷或故障时，缺陷部位的温度将产生异常变化。利用红外成像可以检测设备的温度状态变化，进而对电力设备的状态作出判断。电力设备故障会影响设备的热场分布，红外成像仪获取电力设备的热场分布图，就可以据此判断设备的状态而为检修提供依据。
近年来，天水电网在运用红外成像检测电力设备故障中积累了丰富的经验，多次成功地发现了在运设备的缺陷，预防了事故的发生，保证了全省电网的安全高效运行。红外热像仪检测到的电力设备故障主要有以下五个方面：
a 电力设备导流回路故障，电力设备带负荷运行时，通流设备会因连接不良、接头松动等等引起过热。故障发热与负荷电流的平方成正比，外部导流故障点能很容易确定故障位置，而设备内部接触故障需依据内部接线结构和其传热特性确定。实际检测中发现的此类故障最多，图1是电力设备外部连接不良致热图谱。
b 电气设备内部绝缘故障。变电站内设备内部绝缘受潮，或绝缘介质老化和内部放电等绝缘故障都会引起发热。此类故障的发热与运行电压的平方成正比，与负荷电流大小无关。此电压致热型缺陷一般发热相与正常相相比温差较小，在判断故障是否由内部绝缘下降引起的过热时，可将负荷电流降为零，在额定电压下加压判断，借此可排除负荷电流对电压致热型缺陷判断的干扰。
c 漏磁通引起的发热故障。具有磁回路的电力设备，由于设计等原因产生的漏磁通会引起电位差和涡流，从而导致局部过热。此类故障的热特征是以环流或涡流中心为最高温度的热分布。检测发现，变压器的箱体、补偿电抗器漏磁通引起的涡流以及单相电缆的金属固定夹易发生此类热故障。
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d 电压分布不均造成的过热故障。电压型致热电力设备因内部故障或外部条件变化而改变其正常运行时的电压分布，在设备外表面产生异常的局部过热图谱。避雷器、支柱绝缘子和线路绝缘子串分布电压异常会在外表面形成过热区。
e 充油类电力设备缺油故障。现在投运较多的充油类设备有电容器、电流互感器和电压互感器、变压器和套管，会因漏油而造成缺油或假油位，在这种状态下运行极易造成严重的事故。因电力设备缺油后，油面上下介质的导热系数差异较大，会在设备外表面形成明显的温度梯度。使用红外热像仪可以很容易检测此类故障。
3 红外测温对测温人员的要求
不同的测温人员红外基础知识和仪器的使用等掌握程度不同将影响检测结果。而每个人的测温习惯不一样，所选取的设备部位以及测量距离都有所不同，在电气设备运行状态管理中，经常需要把同组设备相同部位在不同时期检测的结果进行比较，以便掌握设备运行状况及故障隐患的发展变化情况。所以，检测时应尽可能保障位置固定、高度相同、和摄像角度一样，这样才可保证不同时期的检测结果具有可比性，应尽量安排固定人员测量固定的设备。
4 结论
红外测温技术可以监测设备运行状态，判断设备缺陷、监控设备劣化趋势，预防电气设备发生一些重大事故，及时发现故障点，把事故扼杀于萌芽状态，为设备的定期检修、抢修逐渐转变为状态维修提供科学依据。但就目前红外测温技术发展的水平来看，还不能对所有设备的内部故障做出准确判断。因此我们应将其他常规试验手段和红外测温技术有机结合起来，才能为设备的状态评价提供更有效的依据，从而制定出合理的检修计划。
参考文献：
[1]杨武，王小华，荣命哲，等.基于红外测温技术的高压电力设备温度在线监测传感器的研究[J].中国电机工程学报，2002，22（9）：113-117
[2] 胡世征等.DL/T 664- 1999 带电设备红外诊断技术应用导则.北京：中国标准出版社，2000
[3] 陈衡，侯善敬等.电力设备故障红外诊断.北京：中国标准出版社，1999
邮寄地址：电话：18219988906 杜争鸣
地址：甘肃省天水市秦州区莲亭路55号天水供电公司调度控制中心自动化室