红外诊断技术在电气设备管理中的应用

尹小本

上海大屯能源股份有限公司发电厂，江苏 徐州 221611

红外诊断技术在电气设备管理中的应用

尹小本

上海大屯能源股份有限公司发电厂，江苏 徐州 221611

在电力系统普及、应用和推广红外诊断技术，是电力系统发展和电力安全、提高供电可靠性和降损节能的迫切要求。文章阐述了电气设备发热的原因和热故障种类，并详细提出了红外诊断技术在实际应用中的方法和注意事项。

电气设备；热故障；红外诊断技术

electrical equipment; thermal fault; infrared diagnostic techniques

1 概述

电气设备在导体连接不良、电场畸变及绝缘薄弱的地方都会产生热故障，由于发热的累积效应，使发热加重，设备的导电和绝缘性能逐渐下降，在一定条件下造成接地、短路等故障，并极易导致火灾事故。由于运行人员不可能近距离对电气设备进行观察，更不能触摸带电导体，因此电气设备的早期过热缺陷一般很难发现。传统的热故障诊断办法在实际使用中存在局限性，只能测整体或个别热点温度，容易发生误判和漏检，尤其是早期热故障不能被发现。而应用红外诊断技术，可以十分精确地对设备整体温度变化进行测量，方便地找到设备上发热超限或异常部位，且工作效率高。

2 电气设备发热原因与热故障分类

电气设备在正常运行情况下，将部分电能以不同的损耗形式转化为热能，从而使设备温度升高。这些电能的损耗主要包括：电阻损耗（电流效应引起的发热）、介质损耗（电压效应引起的发热）和铁损（电磁效应引起的发热）。这些发热是不可避免的，在设计、制造等环节中已经考虑设备运行时允许的温度升高。但在运行过程中，由于受到大电流、高电压的冲击，环境污染、气温变化等不利因素的影响，在设备的外部或内部的某些薄弱部位往往出现不正常的发热或温度分布异常，并发展成热故障。

通常发热分外部、内部致热两类：外部致热大多数是因电气接头长期暴露在大气中，金属导体表面受电化学腐蚀及因热胀冷缩接触面压力减小使导体连接部位接触不良，形成较大的接触电阻，其发热功率取决于接触电阻与通过的电流；少数是因表面污秽或机械力作用造成外绝缘性能下降，其发热功率取决于外绝缘的绝缘电阻与泄漏电流。内部热故障主要发生在导电回路和绝缘介质上，其内部发热机理因设备内部结构和运行状态的不同而异，一般可概括为：导体连接或接触不良、介质损耗增大、电压（场）分布不均匀或泄漏电流过大、因绝缘老化、受潮、缺油等产生局部放电、磁回路不正常等。

3 电气设备热故障的识别

3.1 外部热故障的判断

外部热故障的致热部位是裸露的，可用热像仪直接测温，如图1所示。其测量值与实际的温度值差别不大，一般可根据测得的温度值或温升值，按照GB/T 11022-1999《高压开关设备和控制设备共同技术要求》规定的温度和温升极限，以及DL/T 664-1999《带电设备红外诊断技术应用导则》中的相对温差判断法来判断缺陷的严重程度。

表1 外部热故障检测标准（热点与最低温度点温差） 单位℃

图1 热像仪测外部热故障

3.2 内部热故障的判断

内部热故障也可用热像仪测温，如图2所示。与外部热故障不同的是，内部热故障由于其致热部位被封闭，小部分热量可能通过导体传递到外部，大部分要通过空气、油、SF6或绝缘纸等介质，再通过金属箱体或瓷套传到其表面，所以其测量值与实际的温度值差别一般较大。由于设备本身结构和致热因素比外部热故障要复杂些，对此类故障的判断分析也显得困难些。应根据DL/T 664-1999导则中的同类比较法和热谱图比较法来判断，不宜按GB/T 11022-1999标准规定的温度和温升限值或DL/T 664-1999导则中的相对温差判断法来判断。如对于变压器高压充油套管的发热问题，致热部位有外部接头处、将军帽内部导电杆与螺母的连接处、导电杆与过渡引线的连接处、过渡引线与线圈的连接处等，判断时应首先确认是内部还是外部发热，如是内部发热，根据套管的热谱图，仔细分析致热部位是在将军帽内还是套管下部引线。一般内、外部接头的高温过热都会影响到套管表面温度的变化，通过热谱图分析是可以确认致热源的。只要确认是内部缺陷，必须尽快停电检查处理。

图2 热像仪测内部热故障

通过对实测的207例热故障统计分析，大多数属于外部热故障，最突出的是室外铝质导体连接部位、高压隔离闸刀断口、设备与母线连接部位，铜铝导体连接部位最容易生产热故障，占到82.6%，内部致热仅发现12例。在供电行业故障统计中，内部发热比例很少，这也说明我国电气设备质量在不断提高。

4 电气设备热故障的早期发现

现行的电气设备预防性试验、检修制度，方法简单易行，但存在不够全面、容易发生误报等缺点。趋势预测法根据设备特征量和特性参数随时间变化趋势来判断设备状态。研究表明，用趋势预测法能够及时发现早期热故障，主要方法和步骤如下：

1）按设备运行周期排查。通常把设备运行周期分为初期、稳定期和劣化期三个阶段，其状态简单分为正常、异常、故障、事故四种。⑴初期阶段：故障率高。原因是设备制造、安装和调试存在问题会暴露，相关人员对设备的操作和维护需要有一个适应的过程。⑵稳定期：故障低。原因是上述问题已解决，会出现突发性故障。⑶劣化期：设备逐渐老化，故障率开始上升。

2） 合理选取诊断参数，运行年限、负荷电流、导体材质等对可能发生热故障的条件预先排查摸底。电气设备一般在运行初期和将到使用年限（电气设备的使用年限一般为20～30年）时，最容易发生故障。原因是设备刚投运，必然会暴露出制造、安装和调试中的遗留问题，设备运行多年因老化性能下降，出问题的概率就高，因此对这些设备的检测必须认真、细致，同时要知道设备构造，知道哪些部位容量产生热故障，将测量结果与原始资料对比，通过综合分析，找到热故障的起因。

3）选择性能优良的检测设备和适宜的检测时机。对于电压致热设备而言，如当电压互感器整体温升超过2～5℃时，避雷器整体温升1～2℃时，就表明设备存在问题需要处理。如测量仪器性能不高，误差大，就发现不了安全隐患。同时还需选择对仪器干扰最小的天气和设备最可能暴露缺陷的时段测量。因为天气对红外成像测量影响很大，太阳光的直射会使被测温度偏高，光的反射和漫射和红外波相近，形成干扰，风速过快使散热加快，温度偏低，同时空气中的粉尘、湿度都对红外线干扰，因而须选择在早晨或晚上无风晴朗的天气，同时还要考虑在上述条件下的什么时间设备所带负荷最大，至少负荷是在不小于30%的情况下进行测量。如负荷很低，一般早期的热故障在小电流时是检测不到的。

4 )正确解读检测数量。一般用相对温差法和同类比较相结合的办法来判断是否存在早期缺陷。原因是采用测量同类设备（特别是同一间隔的同类设备）的对应点相对温差值的方法，可排除某些相同因素对测量结果的影响，如负荷电流、风速、大气温度、相对湿度、测量距离、发射率选择等对测量结果的影响，这对现场检测时诊断设备的状况极为有用。

5 )从严定性充油和封闭设备热故障。因为充油或充SF6的电流互感器、套管接头的异常发热，特别是高温过热，可能造成的后果是：一方面会导致密封的破坏，出现漏油、漏气，甚至进水受潮，危及主绝缘的安全；另一方面会导致电流互感器和套管等的内部压力增大，严重时出现爆炸。我公司某厂内的一台主变压器因6KV桩头发热使密封件开裂，变压器油从桩头处渗漏，当发热桩头受大电流冲击时产生高温（或电弧）引燃变压器油，幸而因扑救及时才没有造成多大损失。从现有的技术条件分析，发现充油和封闭设备的热故障是一个难点，除了用红外成像仪观察外，还需采用温度在线监测技术，否则很难在第一时间发现热故障。

5 电气设备热故障的检测周期

检测周期应根据电气设备的重要性、电压等级、负荷率、运行历史、环境条件等具体情况确定。实践证明，按以下周期对电气设备进行检测较为适宜：

⑴变配电设备每年在系统负荷高峰期进行两次红外诊断普查。

⑵对35KV及以上线路至少每年全面到位的红外诊断普查一次。

⑶对重要的枢纽变电站、过负荷运行的设备、超期运行陈旧的设备，在普查的基础上适当缩短检测周期。

⑷大修后及新投运的电气设备，应在24小时内进行一次红外检测，作为长期运行的资料。

6 结束语

红外诊断技术对电气设备的安全运行是一种十分有效和必要的检测手段，通过红外检测能准确判断运行设备的某些发热故障，做到防患于未然，有效地减少设备事故、降低维护费用，提高用电可靠性。

[1]DL/T 664-1999.带电设备红外诊断技术应用导则[S]

[2]关志成，等．绝缘子及输变电设备外绝缘[M]．北京：清华大学出版社.2006

The Application of Infrared Diagnostic Technique in Management of Electrical Equipment

Yin Xiaoben
Shanghai Datun Energy Co. power plant, Jiangsu Xuzhou 221611

Application and promotion of infrared diagnostic techniques in power system is urgent requirements of development of power system and power security, improvement of power supply reliability, and of energy conservation. In this paper, causes heat and thermal fault type of electrical equipment is introduced, and Infrared diagnostic techniques in the practical application of methods and precautions is presented in detail.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.085

尹小本：出生年1973、男、籍贯：安徽寿县、现供职单位：上海大屯能源股份有限公司发电厂供电技术科、职称：工程师、研究方向：供电一次设备管理。