热成像仪在配电设备缺陷诊断中的应用

洪 政

（广东电网有限责任公司阳江供电局，广东 阳江 529500）

1 热成像仪技术分析

1.1 热成像仪检测技术

红外热像仪利用红外探测器、光学成像物镜和光机的扫描系统，将接收到的检测目标的红外辐射以分布图的形式反映到红外探测器的光敏元件中。在红外探测器和光学系统之间，利用光机扫描元件扫描被测量物体的红外热像，同时在分光探测单元上聚焦，由探测器将红外辐射能以电信号的形式转换和放大，转换成标准的视频信号后反映到电视屏幕，形成红外热像图。这种热像图与物体表面热分布相对应。IRI-100D2型便携式热成像仪如图1所示。

图1 IRI-100D2型便携式热成像仪

1.2 配电设备发热缺陷的特点

如果运行中的带电导体或连接部位有缺陷，在电流的作用下会发热，各种致热效应将引起设备发热，故障部位的温度将高于非故障部位。正常情况下不一定影响设备的安全运行，但当环境发生某些变化时，致热效应异常可能会导致设备出现缺陷或故障[1]。

设备外部缺陷发热的情况有多种：（1）刀闸或开关接线端与导线连接处长期裸露在空气中，受到水分、腐蚀性气体以及其他物资的侵蚀，连接处的接触面形成氧化膜，导致接触电阻变大，接触不良发热；（2）导线在外力的作用下摆动，因电流变化引起热胀冷缩，造成连接螺丝松动，收缩电阻变大导致发热；（3）铜铝接头未使用铜铝过渡连接导致接触面不平，或者检修试验时造成接触面污秽，导致接触电阻过大；（4）刀闸未合到位导致触头间接触电阻过大；（5）由于外力或机械应力造成配网电力设备金属器件断裂而发热；（6）运行方式变化造成负荷电流短时间内变大，接头温度急剧升高。

虽然设备的内部缺陷难以被直接观察，且出现概率较低，但是其导致的后果往往非常严重。设备内部缺陷一般由于设计、制造、运输和设备老化等原因造成。设备动态变化缓慢，要准确判断设备内部缺陷，必须深入了解各个设备的热象特征。比如避雷器，其单节温度偏高或偏低时都可能是发生了故障。对于多节组合的避雷器，温度不是从上到下逐渐降低的一般为故障。比如电缆头，内部导体接触不良导致发热。设备内部缺陷导致的发热过程一般比较稳定且时间较长，只有综合分析设备的热场分布，才能准确判断其运行状态。

带电设备热成像仪检测技术中，需要掌握配电线路相关设备在正常运行状态下的发热规律，结合设备的结构和热能传导的途径，根据设备在缺陷或故障状态的温升情况，基于红外诊断技术判断设备故障。

1.3 热成像仪故障诊断方法和依据

应用热成像仪诊断配电设备的缺陷时，由于气象条件、环境温度和负荷电流等因素会对现场测温造成影响，因此应采取多种方法综合判断，提高设备缺陷诊断的准确性。

第一，表面温度判定。将所测设备的表面温度与有关规定对照，但凡温度或温升比标准高，就可以依照设备的温度、设备的重要程度、设备的负荷情况以及所能承受的机械应力值确定设备的缺陷。对于小负荷之下的温度抄表或者机械应力比较大的设备，应采用从严定性的原则。

第二，相对温差的判定方法。对于有电流致热的设备，若发现其导流部分的热态分布存在异常，则应测定温度，计算相对温差，按照规定判定设备缺陷（如表1所示）。当热点温度值＜10 K时，表1中的规定便不再适用于判定设备缺陷。对符合率小、温度升高较小和温差较大的设备而言，若符合率改变，则可以增大符合电流后再重复测试，以准确判断设备缺陷。如果不能复测，可以暂且将其定性为一般缺陷，并进行密切监视。

表1 部分电流致热型设备的相对温差判据

第三，同类对比法。同一电气回路中，当三相电流对称和三相设备相同时，比较三相电流致热型设备对应部位的温升值，判断设备是否正常。若三相设备同时出现异常，则与同回路的同类设备比较。对于型号及规格均相同的电压致热设备，可以根据其对应温升判断设备状态，电压致热设备缺陷也可以参照温升或温差进行判断。一般情况下，对于电压致热的设备，当同类温差超过允许温升值的30%时，视为重大缺陷。

第四，热谱图分析。以同类设备正常和异常状况下的图谱差别，判断设备是否处于正常状态。

第五，档案分析法。分析同一设备不同时期的相对温度、温升、温差以及热谱等数据，判定设备致热参数的趋势及变化，进而判断设备状态。

2 热成像仪查找故障应用举例

2.1 避雷器故障查找举例

10kV朗仔线（架空线）遇到雨天就跳闸，雨后摇测线路绝缘值为0.5 MΩ，但巡视时未发现明显故障（如图2所示），这种情况一直困扰供电所。正常状态下，避雷器的热像特征为整体轻微发热，靠近上部的温度略高，多节组合从上到下各节温度递减，三相温度差异基本一致[2]。

图2 10kV朗仔线下苏支线下苏公变（台架）避雷器隐患热图像

由图2可知，苏公变（台架）避雷器整个瓷套出现不均匀的热图像。用同类比较法判别三相避雷器温度，B相避雷器温度明显高于A相和C相，初步判定B相避雷器存在异常。B相避雷器缺陷部位的温度比正常避雷器的温度明显偏高，呈现了故障状态时的热像特征。经过检修试验发现，该避雷器内部阀片受潮导致发热故障。由于避雷器受潮后会增强电导性能，增大阻性电流，从而导致发热。因为故障避雷器的温升不一定明显，所以测温时应选择邻近支柱绝缘子的瓷质部分作为参考物，便于观察故障处的发热情况[3]。

根据DL/T664-2008《带电设备红外诊断应用规范》中无间隙金属氧化物避雷器的红外诊断温升参考值（如表2所示），可以采用表面温度判别法判断B相避雷器是否出现异常[4]。

有间隙金属氧化物避雷器正常时，整体温度与环境温度基本相同，凡出现整体或局部发热均属异常。允许温升值大时，适用于室内设备；允许温升值小时，适用于无风条件下的室外设备。

表2 金属氧化物避雷器允许的相间温差及最大工作温升参考值

2.2 绝缘子故障查找举例

配电线路中绝缘子缺陷最难查找。当线路出现绝缘电阻较低，而绝缘子未被完全击穿时（此时线路常在湿度较大时跳闸），往往需要进行分段线路排查，甚至逐个登杆检查。这种排查方法需要耗费大量人力和时间。10kV联民线在下雨季节经常跳闸，经巡视未发现明显故障点，但摇测线路绝缘值为0.5 MΩ左右。利用红外成像仪检测发现，10kV联民线大同支线32号杆绝缘子存在异常，如图3所示。

图3 10kV联民线大同支线32号杆绝缘子隐患热图像

由图3可知，采用同类比较法判别，B相耐张绝缘子串温度明显高于A相和C相。B相耐张绝缘子串中，第一个绝缘子的温度高于第二个绝缘子。利用摇表检测B相绝缘子发现，绝缘值低于标准要求（出现裂纹或绝缘釉面损坏等）。当雨天空气湿度较大时，线路绝缘爬距不足导致线路跳闸，久而久之，绝缘子会被击穿。

2.3 导线连接部位缺陷查找举例

当连接部位接触电阻过大时，额定电流下也会出现局部过热的情况，甚至超过设备所允许的最高温度值。其中，刀闸接头、开关接头和导线接续（跳线）出现发热故障的情况最为常见。若设备连接处温度明显偏高，会呈现故障状态时的热像特征。10kV圩镇线F04线路纸厂侧公变用户反映电压不稳定，日光灯时亮时暗。利用热成像仪检测低压线路接头发现，变压器低压C相跳线处明显高压其他两相，最高温度为66℃[5]，如图4所示。

图4 10kV圩镇线F04线路纸厂侧公变低压导线跳线隐患热图像

解开跳线处绝缘套发现，导线跳线线夹不匹配，导线连接不紧密。低压导线接续（跳线）处多有绝缘套包裹，出现发热情况难以发现。如果未及时发现，就会造成断线，危及过往车辆和行人的安全。若10kV高压导线接续（跳线）出现类似问题，且距离较高，也难以发现[6]。

通过热成像仪检测设备的温度，采用表面温度判断法、表面温差判断法等判断设备异常，能快速判断线路故障，缩短故障排除时间，提高工作效率，减少停电时间。日常巡视中应用热成像仪检测设备，找出有隐患或缺陷的设备，确定其缺陷等级，为检修等提供科学依据[7]。

3 结 论

实践证明，判断配电设备缺陷的过程中，要充分发挥热成像仪的作用，重点检测配电线路的绝缘子、避雷器、电缆中间接头和导线接续等，提高巡视质量，缩短设备缺陷排除时间。同时，建立红外数据库，监控设备运行状况，弥补预防性试验的不足。

建议如下：（1）检测正常运行的设备时，应结合检测、预试前进行普测，存在高温和高负荷等特殊情况时特殊巡测的理念，准确、及时检查并处理配电设备中的故障，避免出现停电故障[8]；（2）对于重点配电设备，应遵循每年检测的原则；（3）对于运行环境恶劣、陈旧的设备，若存在大负荷运行和改变运行方式时，应相应增加检测次数；（4）对于新建或者扩建的电气设备，应在投入使用的一个月内进行第一次检测，且第一次检测应在设备正常运行一天后进行。

综上所述，热成像仪能快速、准确诊断配电设备缺陷，且分析判断方法简单易行。随着热成像仪测温技术的日益成熟，检测越来越精准，仪器造价越来越低廉，为配电线路的安全、平稳运行提供了技术保障[9]。