红外成像技术在电气设备中的应用

张正++张红涛

摘 要：本文简要介绍了电气设备内、外部发热故障的原因，通过实例说明了红外热成像技术在判断电气设备内、外部缺陷中的具体运用。

关键词：红外；发热；故障

中图分类号：TM764 文献标识码：A

0.前言

电气设备正常运行时，导电回路、绝缘介质均存在正常的发热。当设备存在接触不良缺陷或发生短路故障时，电气设备外部与内部的各种部件会产生不同的、超过设计标准的热效应，引起局部温度升高，导致设备被迫停运检修，甚至可能导致设备损坏等。

1.电气设备发热故障类型及原因

电气设备发热故障可分为外部发热故障和内部发热故障两类。

（1）外部发热故障：外部发热故障是指电气设备中由于长时间暴露在空气中的裸露电气接头因为接触不良而引起的热故障。它的发热特征是以局部过热的形态向其周围辐射红外线，其红外热像呈现出以故障点为中心的热场分布。所以，从设备的热成像图中可以直观地判断设备是否存在热故障，以及故障的严重程度。最常见的外部发热故障为隔离开关的触头发热及导线线夹接触不良引起的发热。

（2）内部发热故障：内部发热故障是指电气设备内部由于电气回路故障、固体绝缘、油绝缘介质劣化引起的热故障。它的发热特征是过程一般较长，且比较稳定。由于各种电气设备的内部结构和运行状态各不相同，其发热机制和表现形式也不一样，因此电气设备内部发热故障不像外部发热故障那样可以直观地从红外热成像图中进行判断，而是需要结合现场的各项试验，综合分析才能判断内部故障的类型。

电气设备过热故障原因有以下几点：

①长期受环境温度变化、污秽覆盖、有害气体腐蚀、风雨雪雾等自然力的作用，导致绝缘介质老化。

②人为设计、施工不当等因素，均会造成设备连接件接触电阻增大，接触不良造成发热。

③电压致热型设备是由于设备绝缘介质老化、受潮后，其绝缘介质损耗增大，导致介质损耗发热功率增大，发热功率P=U2ωctgδ。运行中常见的有氧化锌避雷器内部受潮引起的发热。

④设备内部缺油时也会产生热效应。

2.红外成像检测技术

红外热像仪能够探测到上述电气设备内、外部发热故障。通过接收物体发出的红外线在显示屏上绘出设备运行中的温度梯度热像图，揭示出如导线接头或线夹发热，以及电气设备中的局部过热点等，能够将探测到的热量精确量化，对发热的故障区域进行准确识别和细致地分析，从而可以有效防止电力设备故障和计划外停电事故的发生。

3.红外热成像仪常用检测分析方法

（1）表面温度判断法。通过红外热像仪可以测得电气设备表面温度值，对照《交流高压电器在长期工作时的发热》（GB763-90）的相关规定进行判断。这种方法可以判定部分设备的故障情况，但还没能充分表现出红外诊断技术可超前诊断的优越性。

（2）相对温差判断法。相对温差是指两个相应测点之间的温差与其中较热点的温升之比的百分数。现场实际工作中往往会遇到环境温度低，负荷电流小，设备的温度值没有超过规定的情况，运用“表面温度判断法”并不能完全确认该设备没有热缺陷存在，这就需要用“相对温差判断法”进行判断。“相对温差判断法”主要用于判断电流致热型设备是否存在热缺陷。

（3）同类比较法。其是指在同类型设备和同一设备的三相之间进行比较，也就是常说的“纵向比较”和“横向比较”。具体做法就是比较红外热成像图中同类型设备对应部位的温升值来判断设备是否正常。对于同类型的电压致热型设备，可根据其对应点温升值的差异来判断设备是否正常。

（4）热图谱分析法。通过分析同类型设备在正常状态和异常状态下的红外热成像图谱的差异来判断设备是否存在热缺陷。

（5）档案分析法。就是建立设备在不同时期的红外热成像图谱档案，结合设备运行状况、负荷率的大小、温升等因素，分析判断设备是否存在热缺陷。

4.外部发热故障应用实例

变电设备外部发热常见的主要是隔离开关触头、设备线夹及其他连接部件的发热，可以根据上述5种常用检测分析方法进行综合分析判断。外部发热故障的实例很多，本文不再具体列举。

5.内部发热故障应用实例

（1）氧化锌避雷器内部受潮故障

运行人员在对设备进行例行红外成像测温时，发现某110kV线路A相避雷器最高为29.6℃，而B相最高温度为23℃，C相最高温度为23.3℃。现场检查发现A相避雷器在线监测装置指针已打满格。带电测试发现A相避雷器阻性电流和全电流偏大，停电试验发现A相避雷器在75%U1mA电压下泄漏电流明显增大，达169μA，而B、C相试验结果分别为18μA、16μA，判断为A相避雷器内部受潮，解体发现避雷器内部阀片受潮。

（2）电流互感器内部缺油故障

某供电公司110kV电流互感器B相运行中因长期渗漏油引起缺油。运行人员在用红外成像仪进行红外测温时，发现110kV某电流互感器B相（最高温度38.1℃）整体温度较A、C两相（30.2℃）明显偏高。

停电做高压试验和油色谱分析，发现B相CT介质损耗已达7.313%，严重超出《输变电设备状态检修试验规程》中规定的互感器介损注意值1%。B相互感器油微水含量达43mg/L，超出《输变电设备状态检修试验规程》中规定的35mg/L的注意值。根据红外成像检测结果，结合高压试验结果和油微水分析，判断B相电流互感器因渗油造成内部受潮，绝缘强度降低，导致发热。

结语

红外热成像技术能够准确有效地诊断出电气设备外部发热故障，清楚显示电气设备热缺陷部位和严重程度，该技术与传统的高压试验、油色谱分析技术相结合是诊断电气设备内部发热故障的重要检测手段。

参考文献

[1]胡红光.电力设备红外诊断技术与应用[M].北京：中国电力出版社，2012.

[2] DL/T 664-1999，带电设备红外诊断技术应用导则[S].