李星宇

摘 要：利用紅外熱成像技術(shù)對(duì)高壓電氣設(shè)備進(jìn)行帶電檢測(cè)，已逐步發(fā)展為一種成熟可靠的電力系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)，它有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并判別設(shè)備發(fā)熱部位及其原因，減少非計(jì)劃停電，為設(shè)備檢修提供依據(jù)。該文將重點(diǎn)介紹紅外熱成像技術(shù)在電氣設(shè)備帶電檢測(cè)中的應(yīng)用情況、診斷方法和設(shè)備典型缺陷分析。

關(guān)鍵詞：紅外熱成像；帶電檢測(cè)；缺陷分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 紅外熱像檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)

紅外熱成像技術(shù)可以對(duì)正在運(yùn)行的高壓電氣設(shè)備進(jìn)行非接觸性檢測(cè)。因?yàn)槿魏螠囟雀哂诮^對(duì)零度的物體都會(huì)不停地輻射出紅外線(xiàn)，紅外線(xiàn)又帶有表征物體溫度特征的電磁波信息，因此使用紅外熱像技術(shù)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行拍攝，即可獲得其溫度場(chǎng)的分布情況，進(jìn)而確定場(chǎng)內(nèi)各區(qū)域的溫度值。根據(jù)這些信息生成滿(mǎn)足檢測(cè)精度的紅外圖像，就可以對(duì)電氣設(shè)備內(nèi)部故障或設(shè)備連接點(diǎn)處的故障進(jìn)行診斷。應(yīng)用熱紅外技術(shù)檢測(cè)電氣設(shè)備時(shí)，測(cè)溫范圍一般是-20 ℃～300 ℃，且具有極高的熱靈敏度，一般情況下能以0.05 ℃的高分辨率對(duì)設(shè)備存在的熱故障進(jìn)行檢測(cè)，能夠準(zhǔn)確地反映出設(shè)備內(nèi)部局部過(guò)熱以及導(dǎo)線(xiàn)接頭、線(xiàn)夾發(fā)熱等問(wèn)題，并可以判斷局部過(guò)熱的位置及其嚴(yán)重程度。

2 紅外熱像儀使用與診斷技術(shù)

2.1 紅外熱像儀的使用

紅外熱像儀是當(dāng)今應(yīng)用紅外檢測(cè)與診斷技術(shù)的最先進(jìn)的儀器，目前多使用焦平面數(shù)字式紅外熱像儀，它能更精準(zhǔn)可靠地將復(fù)雜的紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)圖像。紅外熱像儀在使用過(guò)程中，保證其操作正確性對(duì)圖像質(zhì)量、缺陷發(fā)現(xiàn)乃至故障分析都至關(guān)重要，應(yīng)避免在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)出現(xiàn)任何操作失誤。

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與設(shè)備運(yùn)行狀況設(shè)置正確的測(cè)溫范圍。觀測(cè)目標(biāo)時(shí)，一般先對(duì)設(shè)備所有的應(yīng)測(cè)部位進(jìn)行全面掃描，細(xì)致觀察溫度變化情況，調(diào)整測(cè)溫范圍，盡力保證溫度讀數(shù)正確與溫度曲線(xiàn)的質(zhì)量。

（2）通過(guò)全面掃描能夠得到精確測(cè)溫讀數(shù)的最大測(cè)量距離，對(duì)于焦平面探測(cè)設(shè)備，應(yīng)保證通過(guò)紅外熱像儀光學(xué)系統(tǒng)的目標(biāo)圖像至少占到9個(gè)像素。若目標(biāo)已存在不良狀態(tài)，為了得到更為精準(zhǔn)的測(cè)量讀數(shù)，應(yīng)注意將異常部位和重點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域盡量充滿(mǎn)儀器的主視場(chǎng)。

（3）在拍攝設(shè)備圖像的過(guò)程中，應(yīng)仔細(xì)調(diào)整焦距或測(cè)量方位角，避免目標(biāo)上方或周?chē)尘暗姆瓷湫?yīng)對(duì)測(cè)量精確度造成影響。為了達(dá)到最好的效果，在凍結(jié)和記錄圖像時(shí)，盡可能保證儀器平穩(wěn)。當(dāng)按下存儲(chǔ)按鈕時(shí)，應(yīng)盡量保證動(dòng)作的輕緩與平滑性。

（4）在實(shí)際的帶電檢測(cè)成像工作中，必須注意儀器對(duì)檢測(cè)環(huán)境的要求。通常應(yīng)保證被檢設(shè)備帶30 %以上的負(fù)荷，負(fù)荷越高越容易發(fā)現(xiàn)隱患或缺陷。在進(jìn)行室內(nèi)運(yùn)行設(shè)備的檢測(cè)時(shí)，宜關(guān)燈進(jìn)行，避免燈光直射待測(cè)設(shè)備。室外檢測(cè)務(wù)必考慮太陽(yáng)反射和吸收電磁波現(xiàn)象對(duì)熱成像的影響，通常應(yīng)在晚間、日出之前或條件允許的陰天進(jìn)行檢測(cè)。

（5）如果實(shí)際情況要求精測(cè)，則還需記錄影響測(cè)溫成像精度的其他有關(guān)因素，象環(huán)境溫度、濕度、熱反射源、背景輻射率等。

2.2 診斷方法與缺陷判據(jù)

在實(shí)際的帶電設(shè)備紅外診斷中，通常采取表面溫度判斷法和相對(duì)溫差判斷法。表面溫度判斷法適用于電流致熱型設(shè)備，判據(jù)為實(shí)測(cè)設(shè)備表面溫度值，簡(jiǎn)潔快速。相對(duì)溫差判斷法則以相對(duì)值作為判據(jù)，降低了小負(fù)荷缺陷的漏判率。在判斷因?qū)w接觸不良引起的發(fā)熱的診斷時(shí)，將2種方法結(jié)合使用，具有高效準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

在使用表面溫度與相對(duì)溫差判斷法時(shí)，需要明確溫升和溫差的概念。溫升是指被測(cè)設(shè)備表面溫度和環(huán)境溫度參照體表面溫度之差，它與參照體的選取有關(guān)，并非自身運(yùn)行時(shí)的溫度上升數(shù)值。

將電氣設(shè)備過(guò)熱出現(xiàn)的缺陷分為3類(lèi)：

（1）一般缺陷：指存在過(guò)熱，有一定溫差，溫度場(chǎng)存在一定梯度，但還不至于馬上引起事故的情況，一般要求記錄在案，以備計(jì)劃消缺，經(jīng)驗(yàn)判據(jù)為35 %≤δt<50 %。

（2）重要缺陷：指存在過(guò)熱點(diǎn)，程度較重，溫度場(chǎng)分布梯度很大，溫差較大，應(yīng)盡快安排處理，經(jīng)驗(yàn)判據(jù)50 %≤δt<95 %。

（3）緊急缺陷：指設(shè)備最高溫度已超過(guò)GB/T 11022—2011規(guī)定的最高允許溫度，應(yīng)立即安排處理，判據(jù)為相對(duì)溫差δt≥95 %。

3 電氣設(shè)備的紅外熱像檢測(cè)實(shí)例

下面介紹利用上述理論與操作方法對(duì)某變電站開(kāi)展的紅外熱成像實(shí)例。

式（2）中，測(cè)試數(shù)值已接近80 %，可以定義為溫度場(chǎng)分布極不均勻的重要缺陷，但其熱點(diǎn)溫度尚未達(dá)到80 ℃，說(shuō)明表征缺陷不是特別嚴(yán)重，運(yùn)維班組應(yīng)將其作為設(shè)備外部過(guò)熱缺陷上報(bào)，繼續(xù)由狀態(tài)檢修專(zhuān)業(yè)班組進(jìn)行評(píng)測(cè)，并結(jié)合檢修計(jì)劃由檢修班組在近期對(duì)其進(jìn)行處置。

4 電氣設(shè)備外部過(guò)熱原因分析

一般來(lái)說(shuō)，穿墻套管存在過(guò)熱點(diǎn)，多屬于電壓致熱型缺陷，常由導(dǎo)體渦流損耗及套管外端受潮等因素綜合所致。引線(xiàn)接頭處過(guò)熱缺陷，多屬于電流致熱型缺陷。導(dǎo)線(xiàn)在風(fēng)力吹動(dòng)或外界引起的震動(dòng)等機(jī)械作用下擺動(dòng)，以及環(huán)境溫度劇烈變化或設(shè)備過(guò)載時(shí)都可能導(dǎo)致連接部位接觸不良，出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象。

此外，設(shè)備安裝工藝不嚴(yán)格，未達(dá)到相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)，象存在連接件接觸表面污垢未除凈、焊接工藝水平較低等問(wèn)題，均會(huì)引起電氣設(shè)備外部過(guò)熱。并且大多數(shù)電氣設(shè)備長(zhǎng)期暴露在大氣環(huán)境中運(yùn)行，受雨、雪、霧影響及工廠廢氣的侵蝕，也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備過(guò)熱問(wèn)題頻頻出現(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)紅外熱成像技術(shù)在電力系統(tǒng)中的普遍應(yīng)用與深化發(fā)展，使精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)設(shè)備過(guò)熱等缺陷和精確判別缺陷或故障原因成為可能，給電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。運(yùn)維人員可以及時(shí)了解設(shè)備缺陷，對(duì)缺陷的性質(zhì)、嚴(yán)重程度做出準(zhǔn)確的判斷。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用能夠克服定期計(jì)劃?rùn)z修的盲目性，使電氣設(shè)備的利用率和電網(wǎng)可靠性得以提升，為電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了可靠保障。

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