红外线热像仪在变电站设备运行和故障分析方面的应用

王利强 WANG Li-qiang

（国网清徐县供电公司，太原 030400）

（State Grid Qingxu Power Supply Company，Taiyuan 030400，China）

0 引言

随着时代与经济的快速发展，智能电网建设进程不断加快，变电站数量持续增加，很多地区无人值守变电站取代传统的变电站，成为电网建设的主要发展方向。电网建设离不开变电站的建设，为了减少变电站占地面积，加大城市化建设与电网建设的相互配合，变电站作为保障电网安全供电的基础，因此，保护变电站运行安全，现已受到人们广泛的关注。为了保证变电站设备安全运行，加大监控、故障分析设备的投入力度，由传统的预防式电力设备监控转变为预知式，从而促进变电站设备的稳定性，保障电力系统的安全供电，为供电企业创造最大限度的经济与社会价值。

1 红外线热像仪的原理

红外线热像仪的原理是基于物体表面温度的情况下，运用电磁波向周边发射能量，随着能量值的增大，其物体热力学温度的四次幂也随之增大，利用此种原理制造非接触式测量热像仪。随着红外线探测技术的应用与发展，研发人员将目光投注在红外线测温上，通过大量的电力设备红外辐射研究，对设备表明温度进行量化，并显示出来，以设备表明温度来诊断设备有无存在正常运行状态。红外线成像技术与红外线测温就是在红外线探测技术研究下发展出来的，当电力设备在正常运作状态的情况下，也可采用此种技术对其运行状态进行检测，找出潜在的故障因素，对电力设备作事前预测，从而保障电力设备的有效性、安全性。不少研发人员在观察到红外线成像技术不干扰设备运行而能够完成检测的优势，在此技术上辅以远程监控，将现场设备状态反馈至监控中心，便于工作人员及时发现与观察设备故障，做好事前防护工作。

2 红外线热像仪的优势

红外线热像仪具有两大优势，其一，可测量电力设备表明温度，判断其是否处于正常运行状态，其二，当电力设备在正常运作状态的下，也可对其运行或故障状态进行检测，判断设备内部热损耗的部位与类型，做到实时监测、事前防护。红外线热成像仪属于一种非接触式测量热像仪，无需近距离监测，就可获得理想的测量结果，能够保障电力设备、监测人员的安全。红外线热像仪测量模式可分为定量监测、定性监测，红外线热像仪测量精度较高，还可根据物体表面温度，分析其细微差别，实时将监测的设备热图像反馈至监控中心显示屏上，并记录本次监测报告，为建立热图像数据库创造良好的便利，做到对热图像的收集、分析、处理。红外线热成像仪检测设备可对监测的电力设备数据进行迅速收集、处理，并保证测量精度，甚至可精确得到设备发生故障的具体部位、类型、严重性，便于监测人员作出合理的判断，及时找出设备运行问题与故障。

3 红外线热像仪在变电站设备运行和故障分析的应用

保护变电站安全对于电力系统而言至关重要，变电站工作人员每日需对变电站各项设备进行检查和巡视。红外线热像仪监测设备应用在变电站日常工作上，不仅能够及时对电力设备进行检测，还能做到有效的事前防范，同时提高了工作效率，进一步培养了工作人员的检测能力，使其对电力设备的运行更加了解，也能对日常设备检测工作保持积极的工作热情。例如某电网公司在采用武汉高德制造的红外线热像仪后，此种红外线热像仪精度较高，能够反映出不同的设备检测状况，由各种红外线远程监控系统将其反馈至监控中心，做到变电站设备管理工作的智能化、自动化。在实际的变电站设备检测工作中，应用红外线热像仪检测设备不仅能够做到基础的设备检测，还能进一步鉴别问题位置、类型、严重性，其功能也相对丰富，不仅实现了实时监控，还能将其同步显示至显示屏上，实现了设备检测工作的智能化管理、自动化管理。

变电站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，变电站设备运行中，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。外部故障占故障比例较大。

所谓高电压电器设备的内部故障，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。检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。

在电力行业，很早就将热像仪运用于设备的安全检修上，通过其对电气设备和线路的热缺陷进行探测，如变压器、套管、断路器、刀闸、互感器、电力电容器、避雷器、电力电缆、母线、导线、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，这对于及时发现、处理、预防重大事故的发生可以起到非常关键而有效的作用。

采用红外成像技术可开展以下电力设备故障诊断工作。①高压电气设备运行状态检测与内、外中心故障诊断：②各类导电接头、线夹、接线桩头氧化腐蚀以及连接不良缺陷；③各类高压开关内中心触头接触不良缺陷；④隔离刀闸刀口与触片以及转动帽与球头结合不良缺陷；⑤各类CT一次内中心及外中心连接不良缺陷、本体及油绝缘不良缺陷以及内中心铁芯、线圈异常不良过热缺陷；⑥各类PT绝缘不良缺陷、缺油以及内中心铁芯、线圈异常不良过热缺陷；⑦各类电容器过热、耦合电容器油绝缘不良和缺油（低油位）缺陷；⑧各类避雷器内中心受潮缺陷、内中心元件老化或非线性特性异变缺陷；⑨各类绝缘瓷瓶表面污秽缺陷，零值绝缘子检测，劣化瓷瓶检测；⑩电力变压器箱体异常过热，涡流过热，高、低压套管上、下两端连接不良以及充油套管缺油（低油位）缺陷。

随着无人值守变电站的建设，红外线热像仪检测设备的应用前景十分广阔，能够在日常使用中发挥出自身的优势，当然在红外线热像仪检测设备应用广泛的过程中，还需加大对此项检测设备的研究力度，帮助其实现更多、更实用的功能。经大量的研究数据表明，红外线远程较缓系统可结合图像监控系统、SCA3DA系统、数据采集系统、能量管理系统、多媒体监控系统，但当前应用最多的还是红外线热像仪与遥感技术的结合，可提供设备的光影像，根据设备的温度情况判断其运行状态，再由远程测温功能对设备运行状态及故障的严重性、位置、类型进行鉴别。

4 结束语

综上所述，为促进变电站设备的安全运行，通过采用红外线热像仪检测设备、远程监控系统，对变电站进行实时的检测，及时将运行分析报告反馈至监控中心，由工作人员下达指令，从而做到排除故障，保证变电站设备的安全性与稳定性。

[1]黄志鹄.红外线热像仪在变电站设备运行和故障分析方面的应用[J].中国高新技术企业,2011(1).

[2]谭湛.红外成像测温技术在变电站设备中的应用[J].热电技术,2009(2).

[3]谭湛.红外成像测温技术在变电站设备中的应用[J].电器工业,2009(5).