220 kV变电站红外带电检测技术研究及应用

摘 要：文章主要介绍了红外带电检测技术原理，鉴于红外带电检测技术在变电设备发热缺陷诊断方面的优势明显，应将其充分应用在电力系统中，从而及时发现故障设备。

关键词：红外带电检测技术;缺陷诊断;电力系统

0  引言

随着电压等级的提高，设备绝缘距离加大，在更高电压、更远距离的设备上，红外测温的优势逐渐凸显，目前已被广泛地应用在变电设备和输电线路的日常巡检和故障分析之中。

1 红外带电检测技术原理

红外线辐射是一种最常见的电磁波辐射，自然界物体的温度高于绝对零度时，就会向外辐射红外线，这些红外线能反映物体的温度特征信息，这就为利用红外技术探测物体实际温度提供了理论基础[1]。

黑体是一个理想的辐射体，具有吸收、辐射、反射、穿透红外辐射的能力。红外测温仪是经黑体标定后，通过测量被测物体红外辐射能量，从而确定被测物体温度。电力设备正常运行时，在电流、电压的作用下就会产生并释放热量，这些热量可能来自各个方面，比如电阻损耗、介质损耗、铁损等。

2 电气设备故障发热机理

2.1 电气设备外部故障

电气设备在环境温度的影响下，可能出现热胀冷缩，导致电气设备连接部位出现故障[2]，在雨雪天气下，可能出现受潮、短路等现象。在携带有害气体和酸、碱、盐等粒子的环境下，可能使接头发生化学反应。长期运行也可能导致电气设备老化、损坏。具体表现为避雷器受潮或并联电阻老化、线路绝缘子劣化或积污严重、电压分布异常和泄漏电流增大故障等方面。

2.2 电气设备内部导流回路故障

电气设备如果安装工艺不精湛、验收不到位，那么就有可能出现接头部位连接不良的情况，比如定子绕组线棒接头焊接不良、电流互感器大螺杆接头连接不良、变压器套管内部引线连接不良等，可能会在电气设备内部产生导流回路故障。

2.3 铁磁损耗或涡流故障

很多电气设备内部都含有大量的绕组线圈或是磁路，如果出现定子铁芯过热，变压器、互感器铁芯间短路，电流互感器二次绕组回路阻抗过大等情况，那么就可能导致电气设备内部温度升高，严重时，还可能导致电气设备整体温度升高。

2.4 电气设备内部绝缘故障

电气设备如果出现定子绕组主绝缘劣化、脱壳与击穿，变压器套管或避雷器进水受潮，设备绝缘老化、变形等故障，那么就可能会在电气设备内部产生放电现象，从而导致电气设备发热，或者使其绝缘性能大大降低，直接威胁到电气设备正常运行。

2.5 油浸式设备缺油故障

变电站内含有很多油浸式设备，这些电气设备内部装的油具有良好的绝缘性能，包围着电气设备的部件。一旦出现变压器套管、电流互感器等漏油情况，就会引起这些电气设备部件表面温度异常升高，从而导致电气设备发热。

3 变电设备红外诊断管理规范

3.1 现场操作方法

日常红外测温分为一般检测和精确检测两种，操作人员应熟悉现场操作方法，对电气设备进行正确测温[3]。一般检测和精确检测现场操作方法如下。

一般检测时：首先，校准仪器，进行大面积检测;其次调整设备参数，发射率一般选为0.9;再次，远距离对所有被测设备进行全面扫描;最后，调整画面，以彩色显示方式为佳，使图像具有清晰的温度层次显示。

精确检测时：首先，使被测设备充满红外测温仪整个画面，不宜太小，也不宜过大;其次，选取最佳站位，能将电气设备三相保存在一个画面中就只保存一张测温图片;再次，考虑温湿度、距离等影响，并选取合适的测温范围;最后，详细记录负荷电流、额定电流、电压等参数。

3.2 红外检测周期

220 kV变电站红外检测每年不少于两次，大负荷前、停电检修及预试前还应适当增加检测次数[4]。对于新建、改扩建或大修后设备或线路，投运带负荷24 h后至1个月内至少进行1次紅外检测;对变压器、断路器、避雷器、CT、PT、电缆接头等进行精确检测时，应做好红外图谱库并存档。

3.3 判断方法

判断方法主要有4种，具体如下：

（1）表面温度判断法。温度或温升超标，根据超标程度、负荷率大小、设备重要性等确定设备缺陷性质。

（2）同类比较判断法。对三相、同相或同类设备之间对应部位温差比较分析，电压致热型设备利用图像特征进行判断，电流致热型利用相对温差法进行判断。

（3）档案分析判断法。对同一设备不同时期的温度场分布进行分析判断。

（4）实时分析判断法。通过一段时间内连续检测某设备，观察设备温度随负载、时间等的变化情况。

3.4 缺陷处理方法

如果电气设备出现一定温差、温度场有一定梯度，电气设备还可以继续运行，不会引起事故时，应做好记录、观察、利用停电进行检修或有计划地安排检修[5]。

如果电气设备出现过热程度严重、温度场分布梯度较大、温差较大等需要尽快处理的情况时，应加强对电流致热型设备的监测，或降低负荷电流，对于电压致热型设备还应及时告知检修，通知检修复测，性质确定后立即消缺。

如果电气设备出现最高温度超过国标规定的最高允许温度等需要立即处理的情况时，应立即采取降低电气设备负荷或退出运行，立即进行消缺。

4 红外带电检测诊断实例

本文通过利用天铂红外热像仪对电气设备进行红外测温，并利用相关功能软件进行图谱分析。根据红外热图像参数信息确定设备故障属性、所处位置以及影响情况。

4.1 案例概况

某220 kV变电站在进行红外精确测温过程中，发现位于220 kV Ⅲ段母线CVT顶部西侧耐张绝缘子串A相（由西往东第三节）发热，靠导线侧第3个绝缘子瓷瓶金属碗头32.9 ℃，与同串其他绝缘子29.1 ℃，温差3.8 K。

4.2 检测过程

发热绝缘子是70 kN白色双伞交流盘形悬式瓷瓶绝缘子，型号为（XWP-70），该变电站红外测温参数如表1所示。

根据《国家电网公司变电检测通用管理规定第1分册红外热像检测细则》，电压致热性设备缺陷诊断判据为设备类别和部位：瓷绝缘子。热像特征：以铁帽为发热中心的热像图（见图1）其比正常绝缘子温度高。故障特征：低值绝缘子发热。

检测分析：220 kV Ⅲ段母线CVT顶部西侧耐张绝缘子A相（由西往东第三节）温差为3.8 K，属于电压致热型严重缺陷，初步判断绝缘子发热节段可能受损劣化，从而引起发热。

4.3 案例总结

零值绝缘子是架空线路绝缘子串两端电位差为零的绝缘片，绝缘电阻在500 MΩ以下的绝缘子称为劣化绝缘子。该绝缘子发热是典型线路绝缘子串低值或者零值造成发热，原因为绝缘子表面劣化或绝缘子内部有裂纹。

5 结语

总之，红外带电检测技术能有效地发现电气设备故障，是实现电气设备状态检修的必要手段之一，所以，日常運行维护工作中要积极开展红外带电检测。

[参考文献]

[1]刘鸿斌，刘连睿，刘少宇.输变电设备带电检测技术在华北电网有限公司的应用：2009年全国输变电设备状态检修技术交流研讨会论文集[C].北京：北京图书馆出版社，2009.

[2]李德刚.红外诊断技术在电气设备状态检测中的研究与应用[D].济南：山东大学，2010.

[3]沈长德，黄强，应飞红.外测温技术在电力系统消除缺陷中的应用[J].科技创新导报，2010（24）：101-102.

[4]张勇，王建民，闻丽婷.红外检测技术在输变电设备故障诊断中的应用[J].科技与创新，2014（8）：1-3.

[5]陈豪，陈原，赵雪松，等.红外测温技术在复合绝缘子检测中的应用[J].电力设备，2006（9）：42-43.

（编辑 王雪芬）

Research and application of infrared live detection technology of 220 kV substation

Luo Licai

（Xiamen Electric Power Engineering Group Co.， Ltd.， Xiamen 361000， China）

Abstract：This paper mainly introduces the principle of infrared live detection technology. Given the obvious advantages of infrared live detection technology in the diagnosis of heating defects， it should be fully applied in the power system to find the fault equipment in time.

Key words：infrared live detection technology; defect diagnosis; electric power system

作者简介：罗礼财（1985— ），男，福建厦门人，电力电气中级工程师，本科;研究方向：变电运行维护。