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摘 要：介绍了电力设备因故障发热的机理、危害性及紅外测温技术在运行工作中的使用方法，阐述了红外测温在保证电网安全稳定运行中的重要作用。
关键词：电力设备；发热机理；危害；诊断
中图分类号：TM561
1 电力设备发热机理
正常运行的电力设备，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。当设备有缺陷或故障时，缺陷部位的温度将产生异常变化。
对于电力设备的导线和连接件以及很多裸露工作部件，在长时间的运行中，受环境温度变化、污秽覆盖、有害气体腐蚀、风霜雨雪等自然力的作用，再加上设计、施工等人为因素的影响，均会造成设备老化、损坏和接触不良，必将导致介质损耗增大、泄露电流增大和接触电阻的增大，从而引起相应的局部发热而温度升高，对于这类缺陷若不能及时发现处理，限制隐患的发展，最终会因恶性循环而引发连接点熔焊、导线断裂、甚至设备爆炸起火等事故。
1.1典型的电力设备发热的机理及图片如下：
1.1.1变压器箱体涡流损耗发热
变压器内磁回路会存在漏磁通，该漏磁通在箱壳上感应电动势并形成以外壳螺栓为环流路径的环流。热像特征是以漏磁通通过并形成环流的区域（螺栓）为最高温度的热场分布。上图为漏磁通引起的螺栓过热故障时的红外热图像。
1.1.2变压器冷却装置及油路系统异常
冷却装置及油路系统异常主要包括管道堵塞、阀门未开、假油位等。
管道堵塞或阀门未开，热油循环被阻断，热像特征是在无热油循环的部分管道或散热器在热像图上呈现低温区，见上图第三片散热器；
因油的热传导系数与空气之间的差异，变压器油与相邻空气之间有明显的温度差，油位热像特征是在热像图上有明显的油气分界面，见上图油枕部分。
1.1.3断路器外部接线连接故障
断路器外部接线端子与导线连接不良，连接部位接触电阻增大，电流流过会引起过热。热像特征是以故障连接点为最高温度中心的温度分布热像图。右图为断路器下引线连接螺栓松动的热像图谱。
1.1.4断路器操作机构箱异常发热
断路器操作机构箱内的加热除湿器控制装置损坏，导致加热电路失控而持续工作，进而导致整个机构箱发热。热像图显示整个机构箱整体发热。
2 故障发热的危害
设备故障而异常发热，致使设备温度升高，超过正常值，就设备材料而言，它的强度、稳定性、导电性或绝缘性能都会降低，各种相关性能会变差，最终恶化而形成事故或设备损坏甚至报废。主要包括以下几方面：
2.1力学性能劣化
固体材料的性能与温度有密切的关系。其机械强度在过高的温度下，将会大幅度下降。金属在高温状态下，当外加应力极限时，会随着时间的延长发生缓慢加速的塑性变形，直至断裂。如在输电线路上的导线，要受各种大自然的力和自身重力的作用，其接头或连接件因在较高温度下长时间运行时，它的抗拉、抗压、抗弯强度将越来越低，接头和邻近的导线就会渐渐产生变形，引起接触电阻进一步增大，温度再进一步升高，因而加速了导体的变形和强度的下降。此时，若突然遇到外力的侵袭，必然引起导线的加速断裂。在线路中，出现过表面上还无异常的接头，突然断线的事故。
2.2物理和化学性能的劣化
设备故障引起的高温，会导致设备内部或周围的绝缘或其它材料发生物理和化学性能的劣化，影响使用寿命。例如绝缘材料会发生软化而不能承受外力作用，绝缘油分解而使绝缘强度下降，绝缘油汽化而导致着火危险，绝缘材料发生脆化直至开裂，绝缘油和绝缘材料发生化学分解、碳化、氧化甚至燃烧等。
2.3电气性能的劣化
主要指载流导体的导电性能和绝缘材料的绝缘性能的劣化。
当载流导体接触电阻过大而引起发热后，其温度升高，温度升高后又使导体电阻进一步增大，从而形成恶性循环，进一步使温度升高，形成事故。
绝缘介质在高温下运行，会造成电气绝缘性能的下降，可能导致击穿。
3 电力设备红外诊断方法
电力设备红外诊断方法，基本可以归纳为5种：
3.1表面温度判断法
主要适用于电流致热型和电磁效应引起的发热设备。根据测得的设备表面温度值，对照高压开关设备和控制设备各部件、材料及绝缘介质的温度和温升极限的有关规定，结合当时的环境气候条件、负荷进行分析判断。
3.2同类比较判断法
根据同组三相设备、同相设备之间及同类设备之间对应部位的温差进行比较分析。并结合有关标准进行判断。在进行同类比较时，应注意不能排除三相设备同时发生热故障的可能性。
3.3图像特征判断法
主要适用于电压致热型设备。根据同类设备的正常状态和异常状态的热像图，判断设备是否正常。
4 缺陷的定性及处理方法
运行人员检测发现设备过热缺陷后应按照设备缺陷管理流程进行处理。
根据过热缺陷对电气设备运行的影响程度分为以下三类：
一般缺陷：指设备存在过热，有一定温差，温度场有一定梯度，但不会引起事故的缺陷。对于这类缺陷应做好记录，并加强红外检测，注意观察其缺陷的发展，利用停电机会检修。对于负荷率小、温升小但相对温差大的设备，如果负荷有条件或机会改变时，可在增大负荷电流后进行复测，以确定设备缺陷性质，当无法改变时，可暂定为一般缺陷，并加强监视。
严重缺陷：指设备存在过热，程度较重，温度场分布梯度较大，温差较大的缺陷。这类缺陷应尽快安排处理。对电流致热型设备，应采取必要的措施，如加强检测等，必要时降低负荷电流；对电压致热型设备，应加强监测并安排其他测试手段，缺陷性质确认后，立即采取措施消缺。
危急缺陷：指设备最高温度超过标准规定的最高允许温度的缺陷。这类缺陷应立即安排处理。对电流致热型设备，应立即降低负荷电流或立即消缺；对电压致热型设备，应立即消缺或退出运行，如有必要，可安排其他试验手段，进一步确定缺陷性质。
5 结束语
从以上可以看出设备过热对于电气设备的危害性和红外测温技术在电气运行中的重要性，通过它可以及时的发现设备存在的缺陷问题，防止由于设备缺陷不能及时被发现，而引发不必要的事故，乃至威胁人身和设备安全的情形出现。与此同时也对我们运行人员提出了更高的要求，除掌握红外测温技术外还应掌握对红外测温图谱的各种分析方法，并且能从中准确的判断出设备的缺陷，及时消除事故隐患，提高设备的健康水平，保证电网的安全、可靠运行。
参考文献
[1]《高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求》（GB/T 11022）
[2]《带电设备红外诊断应用规范》（DL/T 664-2008）
[3]《变电运行现场技术问答》中国电力出版社
关键词：电力设备；发热机理；危害；诊断
中图分类号：TM561
1 电力设备发热机理
正常运行的电力设备，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。当设备有缺陷或故障时，缺陷部位的温度将产生异常变化。
对于电力设备的导线和连接件以及很多裸露工作部件，在长时间的运行中，受环境温度变化、污秽覆盖、有害气体腐蚀、风霜雨雪等自然力的作用，再加上设计、施工等人为因素的影响，均会造成设备老化、损坏和接触不良，必将导致介质损耗增大、泄露电流增大和接触电阻的增大，从而引起相应的局部发热而温度升高，对于这类缺陷若不能及时发现处理，限制隐患的发展，最终会因恶性循环而引发连接点熔焊、导线断裂、甚至设备爆炸起火等事故。
1.1典型的电力设备发热的机理及图片如下：
1.1.1变压器箱体涡流损耗发热
变压器内磁回路会存在漏磁通，该漏磁通在箱壳上感应电动势并形成以外壳螺栓为环流路径的环流。热像特征是以漏磁通通过并形成环流的区域（螺栓）为最高温度的热场分布。上图为漏磁通引起的螺栓过热故障时的红外热图像。
1.1.2变压器冷却装置及油路系统异常
冷却装置及油路系统异常主要包括管道堵塞、阀门未开、假油位等。
管道堵塞或阀门未开，热油循环被阻断，热像特征是在无热油循环的部分管道或散热器在热像图上呈现低温区，见上图第三片散热器；
因油的热传导系数与空气之间的差异，变压器油与相邻空气之间有明显的温度差，油位热像特征是在热像图上有明显的油气分界面，见上图油枕部分。
1.1.3断路器外部接线连接故障
断路器外部接线端子与导线连接不良，连接部位接触电阻增大，电流流过会引起过热。热像特征是以故障连接点为最高温度中心的温度分布热像图。右图为断路器下引线连接螺栓松动的热像图谱。
1.1.4断路器操作机构箱异常发热
断路器操作机构箱内的加热除湿器控制装置损坏，导致加热电路失控而持续工作，进而导致整个机构箱发热。热像图显示整个机构箱整体发热。
2 故障发热的危害
设备故障而异常发热，致使设备温度升高，超过正常值，就设备材料而言，它的强度、稳定性、导电性或绝缘性能都会降低，各种相关性能会变差，最终恶化而形成事故或设备损坏甚至报废。主要包括以下几方面：
2.1力学性能劣化
固体材料的性能与温度有密切的关系。其机械强度在过高的温度下，将会大幅度下降。金属在高温状态下，当外加应力极限时，会随着时间的延长发生缓慢加速的塑性变形，直至断裂。如在输电线路上的导线，要受各种大自然的力和自身重力的作用，其接头或连接件因在较高温度下长时间运行时，它的抗拉、抗压、抗弯强度将越来越低，接头和邻近的导线就会渐渐产生变形，引起接触电阻进一步增大，温度再进一步升高，因而加速了导体的变形和强度的下降。此时，若突然遇到外力的侵袭，必然引起导线的加速断裂。在线路中，出现过表面上还无异常的接头，突然断线的事故。
2.2物理和化学性能的劣化
设备故障引起的高温，会导致设备内部或周围的绝缘或其它材料发生物理和化学性能的劣化，影响使用寿命。例如绝缘材料会发生软化而不能承受外力作用，绝缘油分解而使绝缘强度下降，绝缘油汽化而导致着火危险，绝缘材料发生脆化直至开裂，绝缘油和绝缘材料发生化学分解、碳化、氧化甚至燃烧等。
2.3电气性能的劣化
主要指载流导体的导电性能和绝缘材料的绝缘性能的劣化。
当载流导体接触电阻过大而引起发热后，其温度升高，温度升高后又使导体电阻进一步增大，从而形成恶性循环，进一步使温度升高，形成事故。
绝缘介质在高温下运行，会造成电气绝缘性能的下降，可能导致击穿。
3 电力设备红外诊断方法
电力设备红外诊断方法，基本可以归纳为5种：
3.1表面温度判断法
主要适用于电流致热型和电磁效应引起的发热设备。根据测得的设备表面温度值，对照高压开关设备和控制设备各部件、材料及绝缘介质的温度和温升极限的有关规定，结合当时的环境气候条件、负荷进行分析判断。
3.2同类比较判断法
根据同组三相设备、同相设备之间及同类设备之间对应部位的温差进行比较分析。并结合有关标准进行判断。在进行同类比较时，应注意不能排除三相设备同时发生热故障的可能性。
3.3图像特征判断法
主要适用于电压致热型设备。根据同类设备的正常状态和异常状态的热像图，判断设备是否正常。
4 缺陷的定性及处理方法
运行人员检测发现设备过热缺陷后应按照设备缺陷管理流程进行处理。
根据过热缺陷对电气设备运行的影响程度分为以下三类：
一般缺陷：指设备存在过热，有一定温差，温度场有一定梯度，但不会引起事故的缺陷。对于这类缺陷应做好记录，并加强红外检测，注意观察其缺陷的发展，利用停电机会检修。对于负荷率小、温升小但相对温差大的设备，如果负荷有条件或机会改变时，可在增大负荷电流后进行复测，以确定设备缺陷性质，当无法改变时，可暂定为一般缺陷，并加强监视。
严重缺陷：指设备存在过热，程度较重，温度场分布梯度较大，温差较大的缺陷。这类缺陷应尽快安排处理。对电流致热型设备，应采取必要的措施，如加强检测等，必要时降低负荷电流；对电压致热型设备，应加强监测并安排其他测试手段，缺陷性质确认后，立即采取措施消缺。
危急缺陷：指设备最高温度超过标准规定的最高允许温度的缺陷。这类缺陷应立即安排处理。对电流致热型设备，应立即降低负荷电流或立即消缺；对电压致热型设备，应立即消缺或退出运行，如有必要，可安排其他试验手段，进一步确定缺陷性质。
5 结束语
从以上可以看出设备过热对于电气设备的危害性和红外测温技术在电气运行中的重要性，通过它可以及时的发现设备存在的缺陷问题，防止由于设备缺陷不能及时被发现，而引发不必要的事故，乃至威胁人身和设备安全的情形出现。与此同时也对我们运行人员提出了更高的要求，除掌握红外测温技术外还应掌握对红外测温图谱的各种分析方法，并且能从中准确的判断出设备的缺陷，及时消除事故隐患，提高设备的健康水平，保证电网的安全、可靠运行。
参考文献
[1]《高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求》（GB/T 11022）
[2]《带电设备红外诊断应用规范》（DL/T 664-2008）
[3]《变电运行现场技术问答》中国电力出版社