红外诊断技术在电力生产中的应用

王斌

广西电网有限责任公司北海供电局 536000

摘要：随着我国国民经济持续稳定发展，电力生产规模也不断扩大，国家对电力生产的安全性、稳定性要求越来越高，人民对电力需求的依赖性越来越强。本文以红外诊断技术为研究对象，结合其相关理论知识，分析了该技术在电力生产中的应用。

关键词：红外诊断技术；电力生产；应用

前言

电力红外诊断具有不停电、不取样、非接触、操作安全等优点，可以实时、快速、准确对电力设备进行状态监督，覆盖所有电气设备各种故障的诊断。通过对设备缺陷的闭环管理，开展状态检修，可有效地避免设备从初始发热状态到故障状态演变过程中突发事故的发生，以确保电网和设备的安全运行，保障安全效益与社会效益，因而研究该技术具有重要的现实意义。

1.红外诊断技术理论基础

1.1红外热像仪的工作原理

红外热像仪的工作原理是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统，接受被测目标的红外辐射能量分布图形，反映到红外探测器的光敏元件上，通过光机扫描机构对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，再经放大处理、转换到监测器，显示红外热像图。如图1所示。

图1红外热像仪原理示意图

红外热像仪适用于工业领域各类设备的检测，是通过红外光学系统、红外探测器及电子处理系统，将物体表面红外辐射转换成可见图像的设备。它具有测温功能，具备定量绘出物体表面温度分布的特点，将灰度图像进行伪彩色编码。

1.2故障的定位、定性与起因判别

线路中的过热接头、不良连接件及劣化、污秽绝缘子等故障，通过回放录制的线路热像进行查找。线路连接件出现连接故障时，其热像总显得特别亮，并且都处于导线上。发现这种情况时，应利用录像机慢放功能仔细核实确定。有时导线上也可能出現虚假故障点，但在这种情况下可通过观察虚假故障点与导线热像在显示器上是否相对移动来鉴别[1]。

关于电气设备内部故障定位、定性和起因判断，目前主要根据设备表面温度分布的热像特征，并结合设备内部结构与传热学分析、模拟试验及解体验证取得的经验规律进行分析判别。例如，某变压器220kV侧B相套管将军帽过热，通过红外检测，检出该变压器220kV侧各相套管将军帽的温度相差很大，从热像分析看出套管外部各裸露连接点连接良好，没有局部过热现象，因此判定故障在套管内部，其中A相温度为34.7℃，B相温度为86.4℃，C相温度为35℃，环境参照体温度为33.5℃，通过计算相对温差为97.7%，根据相对温差判据诊断B相套管内部存在紧急故障，建议停电检修。解体检修时发现B相套管穿线引线及穿缆头的焊接质量粗糙，有严重的脱焊现象，造成B相套管内部过热。

2.输变电设备的红外诊断

2.1变电站红外诊断策略

（1）进行变电站红外诊断，应先站到视野开阔的地方拍摄，看整个设备区有多少发热点，清楚设备发热点大概的部位，然后逐一寻找发热点，以免遗漏。红外诊断的设备要全面到位，诊断率应达到100%。

（2）有目的地进行红外诊断，运行监督为状态检修服务。例如，在安排设备集中检修之前进行诊断，将缺陷部位的红外热像及时、准确地提供给检修人员，可减轻检修人员无效作业的工作量。检修完毕再进行一次红外诊断，检验设备检修质量，形成设备缺陷的闭环管理。

（3）把握良好的红外诊断时机，讲究红外诊断效率。现场要排除外部环境对红外热像仪的干扰，例如阳光、灯光、不锈钢设备标牌、加热器、电抗器电磁的干扰等。红外诊断最好在晚上或阴天进行，因为在太阳下进行诊断效果很差。夏季的夜晚，要等到设备所吸收太阳光的热量散发掉、空气温度降低后再进行诊断。

（4）图谱分析与多项技术会诊。红外诊断靠影像与显示的发热温度以及典型的图谱，来判断设备缺陷部位和性质。图谱分析结论客观、准确，是电力设备状态监测的优良手段。红外热像发现设备缺陷后，应进行设备缺陷原因分析，特别是红外诊断发现电压致热型设备运行异常，应根据红外热像提供的设备整体热场分布，结合高压试验、油化验、色谱分析技术进行排查。用高压试验数据与红外热像显示的温度数据对比，判断设备内部异常的性质会更准确[2]。

2.2变压器重点部位红外诊断

变压器是输变电设备中的关键设备，掌握变压器各部位发热缺陷的诊断判别方法，通过变压器各部位发热缺陷红外图谱特征的识别与分析，预防变压器的常见性与潜伏性故障，是红外诊断技术研究的重要课题。变压器正常运行时红外热像如图2所示。

图2变压器正常运行时红外热像

变压器红外诊断重点部位包括：套管内部介质损耗异常、变压器在运行中因振动或安装质量不良、变压器金属外壳各部位内部漏磁通产生的涡流损耗引起箱体或部分连接螺杆发热等。

在使用红外诊断时需要注意：应从四周各方向将变压器间隔设备重点部位全面扫描到位，发现有异常后，再有针对性地近距离对异常部位进行“精确红外诊断”；对变压器导电回路的外部连接部分进行红外诊断时，采用“表面温度判断法”；在雨雾天气特殊环境下对套管绝缘子污秽的红外诊断，一要采集污秽绝缘子放电热区的红外热像，二要采集正常绝缘子红外热像，进行对比后，准确进行温差计算。

3.提高红外诊断技术准确性的方法

3.1热像特征法

所有电气设备在正常情况下都有相应的正常稳定温升或表面热分布，其红外热像就是该设备在正常运行状态下的特征红外图谱。对于同型号和运行条件相同的设备，在无任何内外部故障时特征红外图谱基本相同。当电气设备出现内部或外部故障时，则故障经内部构件和介质进行热传递，或通过其他形式进行热交换，改变设备表面故障部位的稳定温升或温度分布。因此，通过辨认现场摄制的设备红外热像图，只要发现热像特征存在异常变化，均可判定设备内部已出现故障，并根据热场分布变化的特点及温升值的大小，还可以对内部故障的属性、故障位置及严重程度作出准确的诊断。例如，在瓷瓶串热像中，一旦出现缺口似的热像，则表明相应位置的瓷瓶已成为零值绝缘子，而低值瓷瓶和污秽瓷瓶也可以通过热像图来区别进行鉴别[3]。

3.2相对温差判别法

相对温差就是两个对应测量点之间的温差与其中较热点温升之比的百分数，用表示，则：

其中和分别为发热点的温升和温度；和为正常相对应点的温升和温度；为环境参照体的温度。

从公式中可看出，对于设备中电流效应发热的内外导流回路故障而言，相对温差只决定于故障部位与正常部位接触电阻的相对劣化程度，而与检测时的负荷电流、环境温度、检测距离、风速、相对湿度及设备表面发射率等一系列影响因素无关。因此，用其来判定设备内外电气连接故障时，既方便，又可减小因检测条件和运行状态影响带来的误差。但是，当用相对温差来判定绝缘故障时，尽管相对温差与运行电压及绝缘介质损耗因数也无关，但因在这种情况下测温相对误差可能较大，所以也会给故障判断（尤其是对故障严重程度的判定）带来误差。

4.结语

总的来说，红外诊断技术对电力生产是十分合适、十分必要的。它可以准确判断设备某些故障、有效降低维修费用、保障安全可靠供电。而对于那些发热机理或传导热量途径复杂的设备，还有待进行模拟试验、现场检测和大量热图谱的积累及图象处理分析。还可以通过设备热状态的交化预知被泌设备的未来状态，合理安排维修量和延长维修间隔，对电力设备运行，对电力生产设备的定期预防性维修都将发挥更大的作用。

参考文献：

[1]田洋.浅谈如何搞好输变电设备的状态检修管理[J].中小企业管理与科技（下旬刊）.2013（02）

[2]周亮.电力系统继电保护状态检修及评估[J].广东科技.2013（06）

[3]陈昱同，何杰，闫杰.红外诊断在电力设备状态检修中的应用[J].山西电力.2013（03）