[分享]紅外熱成像技術(shù)在電力設(shè)備中的應(yīng)用(投稿)

1、紅外熱成像技術(shù)在電力設(shè)備中的應(yīng)用劉勤鋒東莞供電局 廣東東莞 523120摘要：近幾年來，我局大力推廣紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用。在大量的實(shí)踐工作和紅外檢測(cè)實(shí)例中，我們不斷地對(duì)設(shè)備熱缺陷的特征進(jìn)行研究探討，并積累了一定的經(jīng)驗(yàn)方法，望電力同行給予指導(dǎo)和建議，共建經(jīng)驗(yàn)交流平臺(tái)，攜手推進(jìn)電力設(shè)備狀態(tài)檢修工作的快速開展。關(guān)鍵詞：紅外熱成像 電氣設(shè)備 電流效應(yīng)熱缺陷 電壓效應(yīng)熱缺陷 1、紅外線熱成像技術(shù)在我局變電設(shè)備的應(yīng)用情況：帶電設(shè)備的紅外診斷技術(shù)是一門新興的學(xué)科。它是利用帶電設(shè)備的致熱效應(yīng)，采用專用儀器獲取從設(shè)備外表發(fā)出的紅外輻射信息，進(jìn)而判斷設(shè)備狀況和缺陷性質(zhì)的一門綜合技術(shù)。紅外檢測(cè)技術(shù)具有不需停電、遠(yuǎn)距

2、離、準(zhǔn)確高效等優(yōu)點(diǎn)，克服了定期方案檢修的盲目性，具有很高的平安性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。隨著用電需求的日益增長(zhǎng)，我局變電設(shè)備的負(fù)荷不斷創(chuàng)新高。同時(shí)，設(shè)備熱缺陷引起的故障及事故也不斷涌現(xiàn)。為了及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備的熱缺陷，我局積極地應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，并取得了優(yōu)異的效果。就2021年的紅外檢測(cè)工作，我部66個(gè)變電站共發(fā)現(xiàn)設(shè)備熱缺陷300多宗，其中緊急、重大缺陷50多宗，有效地將設(shè)備缺陷消滅在萌芽狀態(tài)，對(duì)保障電力設(shè)備乃至電網(wǎng)的平安運(yùn)行起到積極作用。我部目前使用的紅外成像儀主要是瑞典FLIR公司制造的，是一臺(tái)軟、硬件齊備，功能可靠的精密儀器。該成像儀可以將被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射信號(hào)放大處理后轉(zhuǎn)換

3、成標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)，并通過儀器自帶的監(jiān)測(cè)器實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前設(shè)備的熱像圖，圖像以圖片格式存放并可以通過電腦軟件作進(jìn)一步分析和編制報(bào)告。我們將紅外診斷工作納入設(shè)備維護(hù)的一個(gè)重點(diǎn)工作，每年安排檢修班組進(jìn)行兩次全面的測(cè)溫工作，即每年在夏季高負(fù)荷來臨前普測(cè)一次，夏季用電頂峰期再對(duì)可疑設(shè)備進(jìn)行復(fù)測(cè)。對(duì)運(yùn)行中存在熱缺陷或大修后的設(shè)備，結(jié)合變電站夜巡進(jìn)行跟蹤測(cè)試。設(shè)立專門負(fù)責(zé)人，建立和健全設(shè)備臺(tái)帳記錄及設(shè)備熱缺陷檔案，包括設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)熱缺陷紀(jì)錄、設(shè)備照片、設(shè)備熱圖象、分析處理記錄等。對(duì)設(shè)備熱缺陷進(jìn)行分類管理，根據(jù)熱缺陷的不同類型進(jìn)行相應(yīng)的檢修處理，以保證電氣設(shè)備的平安運(yùn)行。2、紅外成像技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中的分析探討

4、：紅外檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用是具有一定的局限和要求。首先要防止陽光或者照明設(shè)備等光源對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，應(yīng)選擇無雨、霧的夜晚進(jìn)行；其次，更重要的是要根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)和實(shí)際環(huán)境情況進(jìn)行熱像圖的捕捉和分析，我們將圍繞第二點(diǎn)要求進(jìn)行詳細(xì)的分析探討。高壓電氣設(shè)備在正常運(yùn)行情況下，將有局部電能以不同的損耗形式轉(zhuǎn)化為熱能，從而使設(shè)備溫度升高。這些電能的損耗主要包括以下幾種：a) 電阻損耗P = I2R,發(fā)熱功率與電流平方成正比，這種發(fā)熱稱為電流效應(yīng)引起的發(fā)熱；b) 介質(zhì)損耗P=U2Ct a n，發(fā)熱功率主要取決于電壓，這種由于絕緣介質(zhì)在交變電場(chǎng)作用下，介質(zhì)極化方向不斷改變而消耗電能并引起的發(fā)熱稱為電壓效應(yīng)引起的發(fā)熱；c

5、) 鐵損是因鐵心的磁滯、渦流現(xiàn)象而產(chǎn)生的電能損耗,，這種發(fā)熱稱為電磁效應(yīng)引起的發(fā)熱。其中電流、電壓效應(yīng)在我局設(shè)備中引起的熱缺陷最為普及，危害也大，下面我們就這兩種類型設(shè)備的熱缺陷案例進(jìn)行分析，探討紅外線成像技術(shù)的應(yīng)用。電流效應(yīng)的熱缺陷：電流效應(yīng)的熱缺陷主要表達(dá)為：在電能輸送的整個(gè)回路上的各個(gè)連接件、接頭或觸頭常常因連接不好、接觸不良，造成接觸電阻增大，從而引起的局部過熱。電流效應(yīng)熱缺陷的特點(diǎn)是：局部溫升高，熱像圖清晰明顯，因此該類故障點(diǎn)的捕捉和分析難度不大。在我們的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，電流效應(yīng)引起的熱缺陷占故障比例較大，占設(shè)備熱缺陷總數(shù)的90左右，主要出現(xiàn)在隔離開關(guān)、接線板等電氣連接局部。下面以電流效

6、應(yīng)熱缺陷的實(shí)例進(jìn)行分析：A、連接件缺陷引起的發(fā)熱分析在某次紅外檢測(cè)工作中，我們發(fā)現(xiàn)某110kV線路干式CT B相線耳處溫度高達(dá)182如下列圖所示，當(dāng)時(shí)的運(yùn)行電流350A。降低負(fù)荷后發(fā)熱點(diǎn)仍有100。第二天緊急停電檢查發(fā)現(xiàn)，該CT的接線耳因設(shè)計(jì)及質(zhì)量問題發(fā)生斷裂現(xiàn)象如下列圖所示。實(shí)物圖熱像圖在該斷裂線耳的熱像圖中，由于發(fā)熱點(diǎn)的溫度明顯高于同根導(dǎo)線的其它部位，就算不用跟同同類設(shè)備進(jìn)行比擬，也可以容易地發(fā)現(xiàn)熱缺陷的準(zhǔn)確位置。因此，只要紅外檢測(cè)中做到全面、有針對(duì)性的掃描，該類電流致熱的重大缺陷一般都難以逃匿的。電流效應(yīng)的熱缺陷是與電流大小有著直接關(guān)系的，因此，不同間隔的設(shè)備，或者同個(gè)設(shè)備在不同時(shí)候進(jìn)行

7、熱像圖的比擬分析時(shí)，應(yīng)緊密結(jié)合設(shè)備的運(yùn)行電流。同時(shí)盡量利用設(shè)備高負(fù)荷、大電流的狀態(tài)使熱缺陷在成像儀面前原形畢露。右側(cè)就是某10kV開關(guān)柜母排，由于穿柜套管處的搭接面過小，在電流260A時(shí)產(chǎn)生搭接面72的發(fā)熱現(xiàn)象,同相母排的其他部位僅35左右。在加裝導(dǎo)流片后，熱缺陷得到消除。B、紅外檢測(cè)在電容器室內(nèi)的應(yīng)用技巧和考前須知近幾年來，電容器熱缺陷大幅度增多, 2021年的紅外檢測(cè)就發(fā)現(xiàn)131宗，占熱缺陷總數(shù)的41.5%，因此加強(qiáng)監(jiān)視維護(hù)是必不可少的。同時(shí)，我們也要提高對(duì)電容器的檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性，減少在電容器室的逗留時(shí)間，確保人身平安。電容器室設(shè)備的種類和數(shù)量多且相對(duì)集中的，為了提高檢測(cè)效率，在測(cè)試中應(yīng)

8、防止不同設(shè)備間的溫差影響，如電抗器的溫度在高負(fù)荷時(shí)可達(dá)70，在以其為背景的情況下，電容器和保險(xiǎn)絲等設(shè)備的熱缺陷就難以發(fā)現(xiàn)了。另外，我們應(yīng)盡量把多個(gè)同類設(shè)備一起掃描檢測(cè)，讓個(gè)別熱缺陷的設(shè)備“鶴立雞群，更容易被發(fā)現(xiàn)。在比照中檢測(cè)到的發(fā)熱保險(xiǎn)絲 在比照中檢測(cè)到的發(fā)熱電容器C、開關(guān)柜等封閉式設(shè)備的紅外檢測(cè)探討 我局目前的10kV開關(guān)柜主要以GGA、XGN、KYN三種類型為主。被測(cè)對(duì)象中只有GGA柜的母線側(cè)刀閘才外露在柜子外面，其他設(shè)備都密封在金屬柜子里面，由于紅外線的穿透能力較弱，紅外輻射根本上不能穿透設(shè)備外殼和玻璃窗的，所以無法直接用紅外熱成像裝置檢測(cè)內(nèi)部熱缺陷。對(duì)于GGA和XGN柜，我們可以通過加

9、裝可開啟式測(cè)溫窗來實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)施如下列圖：封閉式纖維窗可全開式測(cè)溫窗半開式測(cè)溫推窗對(duì)全密封電氣設(shè)備、如小車開關(guān)柜、GIS等設(shè)備。只能利用設(shè)備內(nèi)部熱缺陷長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)熱，致使故障點(diǎn)周圍的導(dǎo)體或絕緣材料產(chǎn)生的熱量來進(jìn)行檢測(cè)判斷。由于傳遞到設(shè)備外殼的熱量畢竟很少，我們必須認(rèn)真檢測(cè)，結(jié)合實(shí)際情況詳細(xì)分析，并不斷地積累經(jīng)驗(yàn)。以下就是某10kV次級(jí)柜及其頂部母線外殼在電流1700A時(shí)柜身出現(xiàn)明顯發(fā)熱的熱像圖。封閉母線外殼的熱像圖 柜身發(fā)熱的熱像圖電壓效應(yīng)的熱缺陷：主要是表達(dá)為閉在固體絕緣內(nèi)部的絕緣介質(zhì)劣化、受潮等原因引起的發(fā)熱。電壓效應(yīng)熱缺陷的特點(diǎn)是：故障比例小，溫升小，危害大，對(duì)紅外檢測(cè)技術(shù)要求高。涉及的設(shè)

10、備主要有避雷器、TYD、OY等，實(shí)例介紹如下：紅外檢測(cè)在OY缺陷的實(shí)例分析在某年的紅外檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)某220kV線路B相耦合電容器下節(jié)局部最高溫度為39.7，上節(jié)最高溫度37.4，僅存在高2.3的溫差。發(fā)現(xiàn)時(shí)間是晚上8點(diǎn)鐘左右，環(huán)境溫度30，而相鄰設(shè)備的檢測(cè)溫度都在37左右。其紅外檢測(cè)熱像圖譜如下所示。根據(jù)?帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)那么?，耦合電容器的異常熱像特征為整體或局部有明顯發(fā)熱，允許的最大溫升為1.5(膜紙型)，允許的同類溫差為0.5(膜紙型)。該線路B相耦合電容器下節(jié)局部的溫升超過1.5,應(yīng)屬重大缺陷。停電后對(duì)該相OY進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)，本次及交接的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：測(cè)量次序及位置標(biāo)稱電容

11、(pF)CxpFtg%容值差%結(jié)論交接試驗(yàn)上節(jié)10330103800.0910.48合格下節(jié)10430105500.081.15合格本次試驗(yàn)上節(jié)10330103700.080.4合格下節(jié)10430156100.45949.7不合格從上表發(fā)現(xiàn)該相耦合電容器下節(jié)的電容值與交接試驗(yàn)值及出廠值相差近50%，介損系數(shù)由0.08%上升至0.45%，可判斷該節(jié)電容器內(nèi)的電容單元有多個(gè)擊穿，并存在絕緣缺陷。從上述實(shí)例可見，電壓效應(yīng)致熱設(shè)備的熱故障主要是由于內(nèi)部絕緣老化、受潮等原因引起的，并發(fā)生在電氣設(shè)備的內(nèi)部，反映在設(shè)備外表的溫升很小，通常只有幾K。因此對(duì)檢測(cè)技術(shù)提出了很高的要求：首先，要求檢測(cè)設(shè)備的靈敏度較

12、高。因此在檢測(cè)前必須認(rèn)真對(duì)熱像儀進(jìn)行輻射率等各種測(cè)量參數(shù)的輸入，充分發(fā)揮成像儀的修正功能。 其次，要求深入考慮周圍環(huán)境對(duì)設(shè)備真實(shí)溫度的影響，應(yīng)防止在陽光暴曬后，或者風(fēng)速比擬大的情況下進(jìn)行檢測(cè)。盡量避開其他設(shè)備、照明設(shè)施等背景的影響。該類設(shè)備的缺陷之反映在幾k甚至更低的溫差，如果環(huán)境的影響過大時(shí)，這微小的溫差根本可以被掩蓋。再次，要求對(duì)電壓致熱型設(shè)備進(jìn)行全面紅外成像，認(rèn)真對(duì)同站同型號(hào)設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的橫向比照分析。由于引起該類設(shè)備發(fā)熱的系統(tǒng)電壓都是很穩(wěn)定的，可以說，相鄰間隔的電壓致熱型設(shè)備的運(yùn)行狀況是完成一樣的，他們的可比性是最強(qiáng)的。3、測(cè)試中的平安措施及考前須知1、嚴(yán)禁開關(guān)等設(shè)備的分合操作。由于設(shè)

13、備事故的發(fā)生一般在設(shè)備操作過程中發(fā)生，特別是電容器等易爆設(shè)備，因此我們要在工作票上注明“嚴(yán)禁在測(cè)溫中進(jìn)行設(shè)備的任何操作并切斷相關(guān)斷路器的遠(yuǎn)控操作。2、合理選用成像儀的輻射率。根據(jù)紅外線成像原理，不同的材料具有不同的輻射率。檢測(cè)中應(yīng)根據(jù)被測(cè)對(duì)象的材質(zhì)更改成像儀的輻射率的。然而站內(nèi)設(shè)備是銅、鋁以及瓷質(zhì)等材料混用的，為了方便檢測(cè)，我們一般統(tǒng)一選用0.95的輻射率，通過各種比照途徑對(duì)熱像圖進(jìn)行分析評(píng)估。3我們?cè)诩t外成像測(cè)溫時(shí)應(yīng)該從一些不太明顯的外表現(xiàn)象上仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，積累一些典型的溫度數(shù)據(jù)和熱圖譜，這樣在發(fā)現(xiàn)異常時(shí)才能進(jìn)行比擬，我們?cè)诎l(fā)現(xiàn)問題時(shí)不僅要按照?導(dǎo)那么?的要求進(jìn)行定性，而且要通過一些手段和方法找出發(fā)熱的成因，具體