热成像技术在变电设备带电检测中的应用

李星宇

摘 要：利用红外热成像技术对高压电气设备进行带电检测，已逐步发展为一种成熟可靠的电力系统状态检测技术，它有利于及时发现并判别设备发热部位及其原因，减少非计划停电，为设备检修提供依据。该文将重点介绍红外热成像技术在电气设备带电检测中的应用情况、诊断方法和设备典型缺陷分析。

关键词：红外热成像；带电检测；缺陷分析

中图分类号：TM63 文献标志码：A

1 红外热像检测技术特点

红外热成像技术可以对正在运行的高压电气设备进行非接触性检测。因为任何温度高于绝对零度的物体都会不停地辐射出红外线，红外线又带有表征物体温度特征的电磁波信息，因此使用红外热像技术对电气设备进行拍摄，即可获得其温度场的分布情况，进而确定场内各区域的温度值。根据这些信息生成满足检测精度的红外图像，就可以对电气设备内部故障或设备连接点处的故障进行诊断。应用热红外技术检测电气设备时，测温范围一般是-20 ℃～300 ℃，且具有极高的热灵敏度，一般情况下能以0.05 ℃的高分辨率对设备存在的热故障进行检测，能够准确地反映出设备内部局部过热以及导线接头、线夹发热等问题，并可以判断局部过热的位置及其严重程度。

2 红外热像儀使用与诊断技术

2.1 红外热像仪的使用

红外热像仪是当今应用红外检测与诊断技术的最先进的仪器，目前多使用焦平面数字式红外热像仪，它能更精准可靠地将复杂的红外辐射转换成可见图像。红外热像仪在使用过程中，保证其操作正确性对图像质量、缺陷发现乃至故障分析都至关重要，应避免在现场使用时出现任何操作失误。

（1）根据现场环境与设备运行状况设置正确的测温范围。观测目标时，一般先对设备所有的应测部位进行全面扫描，细致观察温度变化情况，调整测温范围，尽力保证温度读数正确与温度曲线的质量。

（2）通过全面扫描能够得到精确测温读数的最大测量距离，对于焦平面探测设备，应保证通过红外热像仪光学系统的目标图像至少占到9个像素。若目标已存在不良状态，为了得到更为精准的测量读数，应注意将异常部位和重点检测区域尽量充满仪器的主视场。

（3）在拍摄设备图像的过程中，应仔细调整焦距或测量方位角，避免目标上方或周围背景的反射效应对测量精确度造成影响。为了达到最好的效果，在冻结和记录图像时，尽可能保证仪器平稳。当按下存储按钮时，应尽量保证动作的轻缓与平滑性。

（4）在实际的带电检测成像工作中，必须注意仪器对检测环境的要求。通常应保证被检设备带30 %以上的负荷，负荷越高越容易发现隐患或缺陷。在进行室内运行设备的检测时，宜关灯进行，避免灯光直射待测设备。室外检测务必考虑太阳反射和吸收电磁波现象对热成像的影响，通常应在晚间、日出之前或条件允许的阴天进行检测。

（5）如果实际情况要求精测，则还需记录影响测温成像精度的其他有关因素，象环境温度、湿度、热反射源、背景辐射率等。

2.2 诊断方法与缺陷判据

在实际的带电设备红外诊断中，通常采取表面温度判断法和相对温差判断法。表面温度判断法适用于电流致热型设备，判据为实测设备表面温度值，简洁快速。相对温差判断法则以相对值作为判据，降低了小负荷缺陷的漏判率。在判断因导体接触不良引起的发热的诊断时，将2种方法结合使用，具有高效准确的特点。

在使用表面温度与相对温差判断法时，需要明确温升和温差的概念。温升是指被测设备表面温度和环境温度参照体表面温度之差，它与参照体的选取有关，并非自身运行时的温度上升数值。

将电气设备过热出现的缺陷分为3类：

（1）一般缺陷：指存在过热，有一定温差，温度场存在一定梯度，但还不至于马上引起事故的情况，一般要求记录在案，以备计划消缺，经验判据为35 %≤δt<50 %。

（2）重要缺陷：指存在过热点，程度较重，温度场分布梯度很大，温差较大，应尽快安排处理，经验判据50 %≤δt<95 %。

（3）紧急缺陷：指设备最高温度已超过GB/T 11022—2011规定的最高允许温度，应立即安排处理，判据为相对温差δt≥95 %。

3 电气设备的红外热像检测实例

下面介绍利用上述理论与操作方法对某变电站开展的红外热成像实例。

式（2）中，测试数值已接近80 %，可以定义为温度场分布极不均匀的重要缺陷，但其热点温度尚未达到80 ℃，说明表征缺陷不是特别严重，运维班组应将其作为设备外部过热缺陷上报，继续由状态检修专业班组进行评测，并结合检修计划由检修班组在近期对其进行处置。

4 电气设备外部过热原因分析

一般来说，穿墙套管存在过热点，多属于电压致热型缺陷，常由导体涡流损耗及套管外端受潮等因素综合所致。引线接头处过热缺陷，多属于电流致热型缺陷。导线在风力吹动或外界引起的震动等机械作用下摆动，以及环境温度剧烈变化或设备过载时都可能导致连接部位接触不良，出现过热现象。

此外，设备安装工艺不严格，未达到相关工艺标准，象存在连接件接触表面污垢未除净、焊接工艺水平较低等问题，均会引起电气设备外部过热。并且大多数电气设备长期暴露在大气环境中运行，受雨、雪、雾影响及工厂废气的侵蚀，也会导致设备过热问题频频出现。

5 结语

近年来红外热成像技术在电力系统中的普遍应用与深化发展，使精准发现设备过热等缺陷和精确判别缺陷或故障原因成为可能，给电气设备的状态检修工作奠定了坚实的基础。运维人员可以及时了解设备缺陷，对缺陷的性质、严重程度做出准确的判断。这项技术的应用能够克服定期计划检修的盲目性，使电气设备的利用率和电网可靠性得以提升，为电网安全经济运行提供了可靠保障。

参考文献

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