电气设备红外热像测温技术应用

任俊峰

【摘 要】在电力系统的各种电气设备中，导流回路部分存在大量接头或连接件，如果导流回路连接不紧或接触面处理不良，会引起接触电阻增大，当负荷电流通过时，必然导致局部过热，严重会烧毁电气设备，甚至造成火灾。红外热像仪是电力生产人员的“火眼金睛”。

【关键词】红外热像；测温

1.红外测温技术简介

红外测温仪/热像仪可在远离目标的安全处测量物体的表面温度，成为电气设备维护必不可少的工具。通过探测电气设备和线路的热缺陷，从而及时发现、处理、预防重大事故的发生。在《带电设备红外诊断技术应用导则》中关于操作方法中指出：检测时一般先用热像仪对所有应测部位进行全面扫描，找出工况异常部位，然后对于异常部位和重点电气设备进行正确测温。电气设备/线路的热缺陷通常是指由于其内在或外在原因所造成的的发热现象。根据缺陷所产生的原因不同，可归纳3种：

第一种是长期暴露在空气中的部件，由于温度湿度的影响，或表面结垢而引起的接触不良，或由于外力作用所引起的部件损伤，因而使得的导电截面积减少而产生的发热。如接头连接不良，螺栓，垫圈未压紧；长期运行腐蚀氧化；大气中的活性气体、灰尘引起的腐蚀；元器件材质不良，加工安装工艺不好造成导体损伤；机械振动等各种原因所造成的导体实际截面降低；负荷电流不稳或超标等。

第二种是由于电器内部本身故障，如内部连接部件接触不良导致的电阻过大；绝缘材料老化、开裂、脱落；内部元件受潮，元气件损耗增大；冷却介质管路阻塞等等。第三种是因漏磁通产生的涡流损耗。

诊断范围：发电机的定子绕组线棒接头、铁心、电刷、端盖、冷却系统，旋转电机、变压器、套管、断路器、刀闸、互感器、阻波器、电力电容器、避雷器、电力电缆、母线、导线接头、组合电器、绝缘子串、低压电器以及具有电流、电压致热效应或其他致热效应的设备的二次回路等。

1.1判断方法

（1）表面温度判断法；（2）相对温差判断法：对电流制热型设备应准确测温，计算相对温度，判断缺陷性质；（3）同类比较法：同一电气回路中， 当三相电流对称和三相设备相同时比较对应部位的温升值，判断工况是否正常；同型号的电压制热型设备，可根据对应点温升差异判断设备是否正常；（4）热谱图分析；（5）档案分析法：根据不同时期的数据分析（温度，温升，相对温差和热谱图）。

1.2具体诊断方法

（1）红外测温仪可直接测试可观察到的设备及元气件的温度，从而迅速有效地发现所有连接点的热隐患。

（2）对于那些由于被遮挡而无法直接看到的部分，则可以根据其热量传递到外面部件上的温度变化情况加以分析。

考虑现场的实际情况，如：当前的温度，风量，负荷等。我们可以根据不同的特点，作出相应的判断，如：

是否该相位之间的温差大于 24℃？

是否绝对温度为94℃，或者大于正在使用的可靠的测定？

是否具有一个可见信号表明金属或者保温层已经熔化或者严重变色？

要预防设备出现故障和意外停机，建议做如下的全面预防性的维护程序：

当检测连接器时，知道连接器和环温间的温差相当重要，若环温未知，可用非接触测温仪很快地测得。若连接器比环温高10℃，即说明连接不良、电路接地短路或负载不平衡。更多的专家都赞成其温度读数比环温高30℃或更多，就表明存在严重问题了。

1.3电动机

工业现场通常有几百个多相电动机在工作，为确保电动机的使用寿命，必须监测温度以确保平衡的相间功率分布和合适的工作温度。NEMA—国际电气制造协会建议保持±1%功率平衡以防止损坏或烧坏电动机。红外测温仪可用于检查电源连接器和断路器（或保险丝）的温度是否相同。

1.4电动机轴承

当轴承损坏引起电动机震动或轴心偏离时通常会产生热，可用红外测温仪扫描轴承温度。测温仪使维护工程师在设备产生故障前就可探测到热点，及时进行定期维修或更换。 电动机绕组绝缘 假如工作温度超过额定的最大值，绕组绝缘的寿命就会大大缩短，电枢绕组绝缘的正常使用年限约是10年。

下面说明工作温度对绕组绝缘寿命的影响：

最大温度（额定的） 绝缘寿命.

超过10℃ 正常使用年限的1/2。

超过20℃ 正常使用年限的1/4。

超过30℃ 正常使用年限的1/8。

电气维护专业人士的研究表明，绕组表面温度较内部低10℃。当热过载保护设备不工作和电动机停机时，红外测温仪可有效探测故障所在。

1.5三相电路的相间测量

高电压三相电力电路在工业电力系统中是常用的，对于感应电动机、大型计算机和其它设备，要求相间功率平衡，这是很重要的原则，假如由于过负荷或短接地导致功率不平衡时，可能导致损坏和停机。 用非接触测温仪检测电缆和连接器相间温度是否相等，如果所测温差有5℃或更多，则立刻表明存在问题。

1.6变压器

变压器上通常标明最大工作温度，空冷器件的绕组可直接用红外测温仪测量以查验过高的温度，任何热点都表明了变压器绕组的损坏。

1.7电线和电缆

可用红外非接触测温仪监测电线和电缆，查验由于断裂、腐蚀和老化等引起的过热，然后两条电缆进行比较，温度较高的电缆则负载较高的电流。

1.8交流不间断电源

UPS直流蓄电池之间的连接易松开和腐蚀，从而引起额外的热度，用红外测温仪可识别出UPS输出过滤器上的连接热点，冷点则指示直流过滤器电路正处于断开状态。 低压电池应用非接触测温仪检查以确保正确的连接，电池组中电池间的连接不良可能会烧毁接线端子。

1.9电气系统

在现场，红外测温仪有助于快速查验连接处、电线接点、变压器和其它设备的热点，有效节约开支。因为日常温度监测可防止由于设备损坏和系统意外停机导致的巨大开支。在这些领域，管理电气系统意味着日常性的读取变压器、线路或安装在距地面较高位置或其它难以接触到的元件的温度。

2.红外测温在我厂的应用

红外测温可以发现在设备运行状态下我们用常规手段无法监测到的非正常发热状况，而且可以用计算机分析设备的温度场和任意区域的平均温度、任意截面的温度分布曲线，还能实现对目标设备进行远距离热状态图像成像和测温并进行分析判断，从而判断出设备的健康状况，避免设备烧损事故的发生，保障设备、机组的安全运行。

传统的检查接头或连接件接触情况只有在设备停运情况下通过测量接触电阻的方法进行，当设备运行时无法进行检查。我厂曾多次发生因接头氧化和振动造成设备接头接触不良而发热烧损电气设备的事件，比如#1主变高压侧套管将军帽处发热烧断引线；#4厂高变低压侧CT端子发热烧毁差动保护误动机组跳闸；#2主变CT端子发热烧毁差动保护误动；#1厂高变进线开关发热烧毁等事件，给机组安全稳定运行造成了严重威胁。

采用红外热像仪可以在设备运行状态下，不停电、不改变设备运行状态，准确检测出电气设备接头或连接件以及铁磁部件发热部位和发热温度，并可以清晰的显示出发热部位的温度场分布。

我们购买了广州飒特电力红外公司HY-6800型红外热像仪，对全厂所有电气设备进行了检查，发现了多起电机电缆引线接头和母线严重过热，避免了设备烧损造成机组限负荷甚至停运的安全隐患：

（1）查出#3发电机5CT C相二次端子严重发热的重，避免了CT端子烧毁造成机组保护误动跳闸的重大缺陷。

（2）查出达包Ⅰ回253线路CT A相连接处发热，避免了线路跳闸。

（3）并用红外热像仪成功的与电科院做了#5发电机定子铁损试验，准确查找出多处造成铁芯局部过热的铁芯层间绝缘破坏点，由北重厂家进行了维修。

（4）查出#2机组#1循环水泵电机引线连接处发热，避免了循环泵电机烧毁和机组限负荷。

（5）检查出#5、#6主变风冷电源引线、接触器发热，避免了主变冷却电源全失使变压器温度无法控制，机组被迫停运。

（6）查出#4机组#2定冷泵接触器引线、#2化学泵、#3清水泵等三十多处电气引线接头发热，避免了设备损坏。

以下是测出的部分设备发热热像图，可以清晰地看到设备的发热情况。

2.1电缆接头发热热像图

（#2机组#1循环水泵电机引线连接处发热）

（#1主变#1风冷电源接触器B相触头发热）

（#6主变风冷电源A相电缆引线发热）

2.2 #3发电机5CT端子发热热像图

2.3 #5发电机定子铁芯发热热像图

（定子铁芯处理前热像图，绿色部分为温度>50℃等温线）

（定子铁芯处理后热像图，绿色部分为温度>50℃等温线）

2.4 220KV升压站达包Ⅰ回253线路CT A相连接处发热）

3.效益分析

（1）在不影响设备运行的情况下，检查出众多主要电气设备连接处发热，避免了3起设备烧损造成机组被迫停运事故，1起220KV 253达包线路停电事故和主要辅机循环泵电机烧毁造成限负荷事件。

（2）应用红外热像测温技术监测电气设备温度，从常规的设备停运做“试验”的方法转变为不需停电，带电运行直接“看”到设备发热部位，大大减轻了劳动强度，检查结果直观、准确。

（3）应用红外热像技术坚持定期对电气设备测温，基本可以杜绝由于发热而造成设备损坏和机组跳闸事故，具有较高社会效益和经济效益。

（4）红外侧温技术可以延伸到锅炉、汽机等热机专业进行设备运行状态下检测健康状况。特别是我厂四期空冷机组，可以做为空冷岛冬季防冻手段，测量空冷凝汽器管道低温。

【参考文献】

[1]中华人民共和国电力行业标准.带电设备红外诊断应用规范.

[2]达拉特发电厂运行规程.