红外成像技术在变电设备检测中的实践与应用

王浩++章勇++程训超

[摘 要]随着电网规模迅猛发展，无人值守变电站已经成为主流，变电站设备的实时监视维护越发困难，输电线路和变电设备上的电晕等微弱放电现象日益严重，随着设备老化、氧化、接触不良，加之电晕等微弱放电现象可能使线路或设备表面加剧发生侵蚀，长时间作用下可能损坏线路或设备。本文通过红外热成像仪的实践应用，介绍红外成像仪器的使用事项，最后给出了现场拍摄的异常电容器设备的红外图谱，作为同类故障诊断的样例参考，通过红外热成像实时监视技术准确的发现设备异常、定位超温设备，分析原因后采取针对措施，就可以保障设备的安全稳定运行，减少设备事故的发生。

[关键词]热成像；红外；变电；设备；事故； 异常

中图分类号：TM63；TN219 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0355-01

0 引言

目前，红外成像技术在电力设备状态检测中优势明显，它是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测输变电设备红外辐射能量，将图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与被测输变电设备表面的热分布场相对应。简单地描述就是红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。颜色越亮，一般定义为温度越高，弥补了过去比较陈旧检测手段，例如夜间目测、声波法、超声法、夜视仪等方法，劳动强度大，效率不高。随着科学技术的进步，在光学透膜、数字信号分析芯片、图像处理等软硬件技术等领域均取得了长足进步或突破性进展。

1 红外热成像仪在电力设备应用范围

运行中的电力设备，通常泛指各类导线连接起来组成通电回路，通过绝缘子将导线悬挂于杆塔上，并保护导线和绝缘子免受高电压的伤害，同时使电晕和电磁干扰控制在合理的水平中。经常发热的部件是在电气负荷作用下，连接和组合各类装置、传动机械及相关连的金属附件。由于电压等级及负荷的提高，高压输电线路还要满足在保护绝缘子、屏蔽电晕和无线电干扰方面的更高要求。根据大量红外测温检测结果来看，高压设备中的热缺陷较多，主要集中在设备引线连接处、跳线线夹、接续管、耐张线夹、分裂连接导流板等机械连接部分。

红外热像仪检测电力金具的优势： 红外检测具有远距离、不停电、不接触、不解体等特点，给电力系统线路状态监测提供了一种先进手段。检测输变电设备主要的发热原因有：

1.设备氧化腐蚀。由于设备外部导体接头部位长期裸露在大气中运行，长年受到日晒、雨淋、风尘结露等侵蚀，造成设备导体接触表面严重锈蚀或氧化，氧化层都会使金属接触面的电阻率增加几十倍甚至上百倍，流经的电流产生热效应，加剧设备裂化程度。

2.导线接头松动。导体连接部位在长期遭受机械震动、抖动或在风力作用下摆动，使导体压接螺丝松动； 松动位置造成接触不良，形成电阻。

3.安装质量差。

（1） 设备连接处的接头紧固件未紧到位；

（2） 设备安装时，螺丝上下紧固未放平垫圈或弹簧垫圈，受气温热胀冷缩的影响而松动；

（3） 铝导线与铜接点连接未加铜铝过渡接头；

（4） 线夹与导线接续前未清刷，没有涂电力复合脂，或复合脂封闭不好，使潮气侵入造成氧化使接触电阻变大而发热；

（5） 线夹结构不好或线夹大小与导线不配套，输电线连接点前后截面及导流能力不匹配；导线在线夹端口受伤断股；造成的磁滞涡流损耗发热。

2 红外热成像仪拍摄时应注意的问题

在红外热成像仪器拍摄设备时，存在一些困难，首先当设备负载较低，局部温度升高不会很明显，红外热像仪往往不能明显的检测出来，所以应在进行电力设备检测前先确定该线路负载是否超过一定范围，否则有可能无法进行检测或者对测温带来较大误差。

其次针对较高的设备，红外热像仪也需要配备长焦镜头，才能更为准确的观察到设备的具体状态。若现场的设备比较密集，观察地形不便，可以处于较远的地方进行电力设备的温度观测，及时发现电力金具发热故障。

再者，电力设备一般直接安装于室外，其受外部环境干扰的因素也较多，检测时要注意尽量避免测量阳光直射，特别是避免正午等阳光密集的时候进行拍摄。

还有就是自动模式下热图不清晰，可先使用自动模式测量电力金具的温度范围；然后手动设置水平及跨度，将温度范围设置在最小，并包含有先前测量的温度范围。

此外，在测温过程中应注意一些事项：

1.红外图像力求清晰，其他可用系统调节。

2.图像的调色可在系统设置中选择，例如Rain为为多色板，在温差不大时经常使用，如测套管、避雷器等电压致热型图像；Iron为正常使用的种类，温差较大时效果很好；Grey为灰色调，热电视效果，明亮即是温度高，一般不用此选项等。

3.温度线分析对瓷瓶主变外部温度分布分析很有用，可根据需要选择直线、曲线（点住该功能按钮向下拖即出现）。可使用多温度线分析，温度曲线的链接、颜色可设置（在温度曲线上点右键）。

4.风速大于2米/秒时，检测结果不准，风速2米/秒的标准参照为小旗展开，树梢微动。

5.冬季室外远距离测温时，检测结果经常会大大低于环境温度，这可能是由于导线表面有覆冰、积尘或者风速过大。

3 红外热成像仪在变电设备检测中的实例

某月某日，天气晴；

环温/湿度：25.8℃ / 60%；

设备名称：XX变电站，10kV I#电容器B相接头。

（见表1）

分析结论：

该变电站，10kV I#电容器B相接头严重发热，最高达94.4℃，属于设备I类缺陷。

热成像图片及设备实物如图所示：

4 结论

红外热成像技术作为一种有效的技术手段，具有简单高效、直观形象、不影响设备运行、安全方便的诸多优点，可以对输变电设备，如绝缘子、导线接头等多种缺陷和故障的检测中发挥积极作用，但部分缺陷的检测需要环境气象条件的配合。红外热成像技术是设备在远行中的真实技术状态，设备运维人员就可以对管辖的所有设备运行状态实施管理，并根据每台设备的状态演变情况进行有目的的维修。红外热成像技术还可以通过仪器的高倍镜头相互配合，获得多方面的信息后综合分析，可以减少检测的不确定性，将获得更好的效果。

目前，红外热成像技术工作在设备的实时监视方面还没有普及，需要积累现场数据和经验。从而全面提升电网运行管理水平，满足了变电设备的安全稳定运行要求。

作者简介：

王 浩（1975.03-），男，汉族，江苏徐州人，本科，工学学士，高级工程师，高级技师，主要从事调控运行工作。

章勇（1969年1月-），男，汉族，江苏省徐州市，助工，从事多年变电运行及配网工程建设及项目管理工作。

程训超（1974.10—）男，汉族，江苏徐州人，硕士，高级工程师，国网江苏省电公司铜山区供电公司运维部主任。