摘 要：紅外檢測(cè)技術(shù)運(yùn)用于檢測(cè)電氣設(shè)備存在外部或內(nèi)部故障時(shí)伴隨的局部或整體溫度分布異常，以此判斷故障類型和嚴(yán)重程度，本文闡述了紅外診斷技術(shù)的原理和特點(diǎn)，綜述了電氣設(shè)備常見的發(fā)熱機(jī)理及相關(guān)故障類型，針對(duì)不同電氣設(shè)備，介紹通過(guò)各種紅外診斷方法來(lái)減少誤差。

關(guān)鍵詞：電力設(shè)備；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；紅外診斷技術(shù)

1 引言

現(xiàn)在電力系統(tǒng)電壓等級(jí)越來(lái)越高、容量越來(lái)越大，故而更加注重系統(tǒng)的安全性與可靠性。能在運(yùn)行中有效的監(jiān)測(cè)和診斷電力設(shè)備的過(guò)熱缺陷，紅外檢測(cè)技術(shù)在不間斷運(yùn)行的條件下對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行早期故障缺陷作出可靠預(yù)測(cè)，因而越發(fā)受到重視。

1.1 紅外診斷概述

總所周知，在自然界中所有高于絕對(duì)零度溫度的物體都會(huì)實(shí)時(shí)地輻射出載有物體的特征信息的紅外線，通過(guò)紅外成像圖以此來(lái)獲取物體信息。通常利用紅外檢測(cè)技術(shù)，可以將紅外輻射的信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行放大處理，最后以數(shù)字圖像的形式展現(xiàn)物體的表面溫度場(chǎng)分布[1]。

1.2 紅外熱像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)[2]

（1）進(jìn)行檢測(cè)時(shí)不需停運(yùn)。大大提升了設(shè)備的可連續(xù)運(yùn)行程度。

（2）紅外診斷檢測(cè)不需要直接接觸設(shè)備，安全性能高。因?yàn)榫哂写藘?yōu)點(diǎn)，其廣泛運(yùn)用在帶電設(shè)備、轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備、高空設(shè)備的診斷中。

（3）可運(yùn)用于大面積快速檢測(cè)。且勞動(dòng)強(qiáng)度較低，結(jié)果表現(xiàn)形象、直觀。

（4）智能化方向發(fā)展后，可直接接口計(jì)算機(jī)，繼而進(jìn)行分析。

2 電氣設(shè)備的發(fā)熱機(jī)理及常見故障

2.1 發(fā)熱源分析

2.1.1 電阻損耗引起發(fā)熱

由于電流效應(yīng)，其通過(guò)電阻產(chǎn)熱，這種發(fā)熱常常表現(xiàn)在載流電氣設(shè)備中。由于電網(wǎng)中電力設(shè)備之間、導(dǎo)線之間以及導(dǎo)線與各種設(shè)備之間大量存在電氣連接接頭及連接部位，特別是當(dāng)其接觸不良時(shí)，增大的接觸電阻，通過(guò)電流效應(yīng)將會(huì)產(chǎn)生大量的熱。

2.1.2 介質(zhì)損耗發(fā)熱

電網(wǎng)中除導(dǎo)電回路以外，高壓電氣設(shè)備大多由固體或液體（如油）等電介質(zhì)絕緣材料構(gòu)成，其會(huì)因?yàn)榻蛔冸妶?chǎng)的作用，使介質(zhì)極化方向不斷改變而消耗電能。電質(zhì)損耗增大一般是由于電氣設(shè)備絕緣介質(zhì)老化、受潮等原因引起。

2.1.3 鐵損致熱

鐵磁材料處于交變磁場(chǎng)作用下，由于磁滯損耗與渦流損耗將損耗一部分電能。部分設(shè)備的不正常運(yùn)行，或存在鐵芯材質(zhì)不良和絕緣層破壞等情況，會(huì)導(dǎo)致局部短路，進(jìn)而引發(fā)回路磁滯飽和，或在設(shè)備的短路處產(chǎn)生較大的環(huán)流，增大了鐵損，造成鐵損發(fā)熱。

2.1.4 缺油及其它故障

油浸高壓電氣設(shè)備如果出現(xiàn)滲漏將會(huì)引起假油位或者缺油，進(jìn)而可能導(dǎo)致油面放電，使得電氣設(shè)備表面溫度分布異常，這種現(xiàn)象也可能因其他原因造成，例如變壓器的套管未排氣等。放電發(fā)熱可能產(chǎn)生溫度異常，但更多情況則是因?yàn)閮?nèi)部的油面空氣與油本身的熱物參數(shù)值有所不同而導(dǎo)致的。

以上介紹了電氣設(shè)備容易出現(xiàn)的故障模式，除此之外，高壓電氣設(shè)備出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷、電壓變化過(guò)大以及單相運(yùn)行，冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不良或堵塞也可能會(huì)影起設(shè)備表面的溫度異常。

2.2 常見的電氣設(shè)備故障

（1）外部故障：引起設(shè)備發(fā)熱異常的絕大多數(shù)由外部缺陷所導(dǎo)致。

1）接觸部位不良：經(jīng)常裸露在外界的電氣設(shè)備由于空氣等各種外部因素，較易出現(xiàn)接頭處連接不良，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)熱異常，比如套管、斷路器，線夾等?？赡軐?dǎo)致接觸不良的各種原因：制作材質(zhì)不好、加工工藝技術(shù)存在問(wèn)題；外界的機(jī)械振動(dòng)和線路負(fù)載的周期性過(guò)載變化以及環(huán)境溫度的改變，引起連接件的熱脹冷縮，使得接觸電阻增大而出現(xiàn)局部過(guò)熱。

2）絕緣強(qiáng)度降低：電氣設(shè)備外部常常設(shè)有絕緣層，由于表面污穢和機(jī)械力的作用導(dǎo)致絕緣層破壞，使得絕緣能力降低，進(jìn)而導(dǎo)致過(guò)熱故障，比如污穢，絕緣子產(chǎn)生裂紋等。此類故障較為危險(xiǎn)，嚴(yán)重的將會(huì)造成斷線、局部燒毀，甚至發(fā)生惡性事故。

（2）內(nèi)部故障：封閉在設(shè)備絕緣層內(nèi)部（固體絕緣、油絕緣）的電氣回路出現(xiàn)的故障稱為內(nèi)部故障。因?yàn)槠涿芊庠谕鈿せ蚪^緣層內(nèi)部，紅外線很難透過(guò)，故無(wú)法直接用紅外熱成像裝置檢測(cè)內(nèi)部熱缺陷。但可通過(guò)其他方式偵之，由于內(nèi)部故障相對(duì)會(huì)比較穩(wěn)定且發(fā)熱時(shí)間較長(zhǎng)，通過(guò)熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)的方式向周圍的導(dǎo)體或絕外殼傳遞熱量，進(jìn)而使得相應(yīng)部位溫度升高。通過(guò)檢測(cè)這些部位的溫升可以一定程度上推斷為內(nèi)部故障。

3 紅外檢測(cè)的常見方法

《交流高壓電氣長(zhǎng)期工作時(shí)發(fā)熱》（GB763-90）指出，以最高允許溫度和允許溫升判斷電器零件工作狀態(tài)是否正常。但由于紅外檢測(cè)會(huì)受到外界很多因素的影響，比如空氣、風(fēng)向、濕度等，所以，僅僅采用 GB763-90進(jìn)行判斷是容易出現(xiàn)誤差的。因此，除了需要加強(qiáng)基本能力和提高技術(shù)經(jīng)驗(yàn)外，還必須了解紅外診斷的綜合分析方法，以下為幾種常見的紅外檢測(cè)方法：

3.1 表面溫度判斷法

表面溫度判斷法主要針對(duì)裸露在設(shè)備外的接頭、觸頭。從多個(gè)方位進(jìn)行測(cè)量，綜合得到最熱點(diǎn)溫度。通過(guò)測(cè)量得出設(shè)備表面溫度，通過(guò)對(duì)照相應(yīng)得溫升標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合此時(shí)的電力設(shè)備溫度負(fù)荷率和其能承受的機(jī)械應(yīng)力大小，綜合分析設(shè)備的熱缺陷及其嚴(yán)重程度。

3.2 同相比較判別法

同相比較法是指測(cè)量數(shù)據(jù)與前次測(cè)試以及原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，最終得到測(cè)量結(jié)果的檢測(cè)方式。需要注意的是，進(jìn)行前后溫度比較時(shí)，必須換算到相同條件下（如設(shè)備負(fù)荷率、外界環(huán)境溫度等）進(jìn)行分析判斷。

值得注意的是，一般情況下同一設(shè)備的外表面溫度是均勻分布的，當(dāng)不同的部位出現(xiàn)溫度變化異常時(shí)，往往是反映出內(nèi)部存在相關(guān)的缺陷，如繞組、磁路出現(xiàn)故障等；當(dāng)其整體溫度升高，常常反映出受潮缺陷，介損增大和線圈短路等。在進(jìn)行故障診斷時(shí)，對(duì)同一主變同一相不同部位的溫度作比較，對(duì)判定故障屬性和定位往往是有益的[3]。

3.3 熱譜圖分析法

電氣設(shè)備具有各自的熱譜圖，所以根據(jù)同類設(shè)備熱譜圖的差異判斷此設(shè)備是否處于異常狀態(tài)往往是可行的。例如，變壓器在無(wú)任何內(nèi)、外部故障的狀態(tài)下運(yùn)行，通過(guò)紅外熱像就可以得到其在正常狀態(tài)下的紅外檢測(cè)的熱圖譜，當(dāng)變壓器發(fā)生一定的故障，將在故障狀態(tài)下重新檢測(cè)得到的熱圖譜與正常的熱譜圖對(duì)比即可發(fā)現(xiàn)故障。根據(jù)溫度場(chǎng)的空間分布判斷故障位置，表面穩(wěn)定溫升的大小，也可以幫助推斷此次故障的嚴(yán)重程度。

3.4 檔案分析法

檔案分析法是一種較為綜合、全面的分析方法，它需要建立不同設(shè)備的紅外技術(shù)檔案，此方法有利于對(duì)重要的、結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的設(shè)備進(jìn)行正確判斷。通過(guò)比較同一設(shè)備在不同情況下的熱數(shù)據(jù)，綜合分析得到此設(shè)備致熱參數(shù)的變化趨勢(shì)及變化速率。對(duì)新建、擴(kuò)建、大修及重要的電氣設(shè)備在帶負(fù)荷1個(gè)月內(nèi)進(jìn)行紅外檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果留做原始資料，以便能夠與以后紅外檢測(cè)的結(jié)果作比較。

3.5 相間互比判斷法

電力系統(tǒng)中的設(shè)備大多是三相運(yùn)行，且每一相的電流通常與三相電流大致相同，所以每一相電路的相同部位的溫升應(yīng)該也相同，故而同組設(shè)備三相間有可比性。相間互比法正是利用這個(gè)特點(diǎn)對(duì)同類設(shè)備的對(duì)應(yīng)部位溫度值進(jìn)行比較，可以較為容易地判斷出設(shè)備是否正常。

參考文獻(xiàn)：

[1]接曉霞.基于紅外熱像技術(shù)的電接觸故障診斷[D].大連理工大學(xué)，2007.

[2]李德剛.紅外診斷技術(shù)在電氣設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)中的研究與應(yīng)用[J].山東：山東大學(xué)，2010.

[3]鄭新才，李明，張靜.紅外檢測(cè)技術(shù)在電力設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用[J].電力電子專刊，2007（04）.

作者簡(jiǎn)介：蘇沛（1989—），男，四川內(nèi)江人，研究生，主要從事紅外檢測(cè)、電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)與補(bǔ)償?shù)难芯俊?/p>