红外线成像技术在电气设备状态检测中的应用

胡伟涛 韩建波 杜卫红 刘建松 祝晓辉 闫佳文

【摘要】结合实际工作论述了红外检测技术在输变电设备故障诊断中的具体应用，对变电站设备及线路设备红外检测的原理、影响因素及分析方法分别进行了论述。

【关键词】红外检测;故障分析;电气设备

1.引言

随着国民经济的发展，社会对电力需求日趋增长，确保电力系统安全稳定持续的运行，是一项十分严峻的任务。据相关报告统计分析，近年来发生的变电设备事故中，由于设备发热缺陷处理不及时，引发的事故有增长的趋势。目前对电力设备实施的状态检修，是根据设备的状态制定检修策略，而对设备的检修周期相对定期进行绝缘预防性试验有所延长，只依据前次试验数据和运行人员的巡视，不能准确及时掌握设备的健康状况，因此，带电测试方法在设备状态检修中占有重要的地位。其中通过对电力设备表面温度及其分布的监测，是目前技术成熟，行之有效的带电测试诊断方法。

红外热成像系统正是接收物体表面的红外辐射信号，得到与景物表面热分布相对应的“实时热图像”，该热图像是反映物体自身状态的重要信息。在电力系统中，从锅炉、汽机、发电机、热力管道、封闭母线，到变电站内的开关、刀闸、PT，CT，变压器、避雷器、套管、耦合电容器等等各种设备，因为材质、工艺、安装、以及受潮、放电、老化等存在着各种故障隐患，利用红外热像仪进行带电测试，可以及时发现设备的发热缺陷，为变电设备安全稳定运行提供可靠的科学依据，从而有效地减少盲目检修时间，提高了检修效率。

2.电流致热缺陷原因及分析

作者经过近20年的现场应用，积累了一些经验。结合变电设备典型发热缺陷介绍如下：

2.1 隔离开关类缺陷

图1 某35kV刀闸B相动触头

图2 某35kV刀闸A相动触头

引起发热的主要原因：厂家制造工艺不良，触指拉簧压力不够，接触面未除净氧化层。

图3 某220kV刀闸A相静触头（111.96℃）

引起发热的主要原因：剪刀式刀闸动触头夹紧力不够，动静触头结合处有氧化层，刀闸导电回路电阻超标引起发热。

图4 某35kV刀闸C相接线端子发热（136.79℃）

引起发热的主要原因：紧固螺丝力矩没有达到工艺要求，厂家施工工艺不良，现场安装工艺不良，造成接触面电阻超标，引起接触面发热。

隔离刀闸常见的热缺陷是触头部位及导线的引流线夹接触不良引起的。通过多次的缺陷发现及排除总结出隔离开关缺陷多集中于动静触头和接线端子的原因在于：

1）隔离开关接线端与导线端连接处于长期裸露在大气中运行，极易受到水蒸气、腐蚀性灰尘等的侵蚀与影响，在连接件的接触面上形成氧化膜，因而使连接处的电阻增加，造成接触不良而发热。

2）导线在风力下，或因负荷变化引起连接件周期性热胀冷缩，造成连接螺丝松动，减小连接件接触面积，增大接触处的导电回路电阻。

3）安装工艺不符合要求，例如恢复连接时未加弹簧垫圈或接触面污秽未清除干净等。诸如此类，都会促使隔离开关接触电阻增大而引起发热。

4）厂家质量把关不严，将质量不合格的零部件组装在产品上，并交付客户使用。

2.2 母线类缺陷

图5 某主变35kV母线桥抱箍（262.64℃）

图6 某220kV刀闸动静触头（144.17℃）

引起发热的主要原因：图5抱箍工艺不良，抱箍表面不平，抱箍压紧的平垫与表面有一定的间隙，产生涡流，电流越大，温度越高，停电后检查发现螺丝明显松动。图6铝导线软连接部的接触表面未除净氧化层及其它污垢，紧固螺丝力矩达不到要求，处理后进行直流电阻测试，试验合格，缺陷消除。

2.3 主变风冷控制箱类缺陷

图7 某主变风冷控制箱

图8 某站低压室刀闸

引起发热的主要原因：导线压力不够，接触面小、压力不够，清洁表面紧固螺丝后缺陷消除。

3.电压致热缺陷原因及分析

3.1 某500kV变电站某220kV线路B相CVT油箱过热原因分析

图9 某220kV线路B相CVT油箱过热

专业技术人员对保北站进行红外线测温工作室，发现某220kV出线间隔B相电容式电压互感器温度（29.13℃）较其他间隔偏高，并且电容式电压互感器储油柜温度为上高下低，属于内部发热缺陷，可能为绝缘故障、中间PT故障或缺油，保护班测量PT端子箱内发现ax无输出电压，afxf电压为4V，初步诊断为电容式电压互感器内部有短路或线圈匝间绝缘损坏现象。

通过对CVT的试验和解体检查结果表明，事故原因主要是由于绝缘性能的降低，而制造工艺不过关和运输工程的颠簸都可能致使绝缘降低。

3.2 某变电站35kV CVTB相油箱过热原因分析

某变电站运维人员发现0号站变B相CVT二次监视电压大幅下降，后对设备进行巡视，从CVT油箱观测孔中发现变压器油呈现黄褐色且浑浊，另两相正常变压器油澄清透明。对该CVT进行红外测温，B相油箱温度较A、C两相温升10℃，初步认定为电磁单元发生故障。此电容式电压互感器退出运行，解体后测试电容单元试验合格，B相二次回路完好，储油柜内的油中悬浮大量絮状绝缘介质，PT单元被完全烧毁，该CVT一次绕组侧没有并联避雷器，怀疑是由于过电压引起PT单元与中压电容发生谐振，产生的过电压施加在一次线圈上，将绕组击穿是造成二次电压降低的主要原因，而此时的速饱和阻尼器并没有起到防止发生铁磁谐振的作用。

图10 某站35kVCVT红外图谱

3.3 某变电站35kVCVTC相油箱过热原因分析

通过解体检查及事故现象分析，造成此次事故的主要原因：操作过电压引起PT单元内部铁磁振荡，由于谐振在一次绕组的高压端形成一个高电压，致使并联在一次绕组的避雷器被击穿。而PT单元的速饱和阻尼器此时并没有发挥其阻尼作用，原因为厂家在设计计算时出现了一定的偏差，另外，避雷器也没有起到保护作用，在发生较高的过电压时，阀片没有动作，而是直接发生沿面放电，并且将阀片表面烧损击穿，建议厂家对阻尼器的设计重新计算，检查其匹配问题，并且对外厂供货的避雷器进行试验，采用合格的产品，起到保护作用。

图11 某站35kVCVT红外图谱

由于该电容式电压互感器在带病运行数小时后，储油柜温度高于其他两相10℃左右，说明在避雷器被烧坏击穿后，PT单元仍然存在一个较大的振荡电流，而且一直持续，否则温度不会持续发热，由于二次线圈并没有发生短路现象，当时也没有测量二次电流，所以发热的真正原因现在还不太清楚。

4.小结

红外诊断技术是一项有效、重要的带电检测试验方法，具有非接触、直观、准确、灵敏度高等优点，但其测得的温度值受到设备表面发射率、大气衰减、气象条件等诸多因素的影响，这方面需要进一步深入研究。

由于电力设备的多样性，经过实践，对断路器和隔离开关的接头发热等应进行重点检查，虽然红外成像测温能对电气设备进行实时带电检测，可以发现常规试验手段所不能发现的设备缺陷。但是目前红外成像检测技术的水平，还不能对所有设备的内部故障做出准确的判断。因此对于内部故障的检测应将其他带电检测、在线监测、停电试验和红外成像检测手段有机的结合起来，才能互补，确保设备安全稳定运行。

作者简介：胡伟涛（1977—），男，硕士，电气试验技师，从事电气设备在线监测与故障诊断、电气试验等工作。