紅外在線測溫技術(shù)在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

對于一些有發(fā)展性的缺陷．特別是設(shè)備內(nèi)部缺陷，只有設(shè)備發(fā)熱到一定程度后才能被發(fā)現(xiàn)。

這樣不但給設(shè)備缺陷的處理造成相應(yīng)延誤，而且可能會對運(yùn)行設(shè)備造成不同程度的損壞。普通的紅外熱成像檢測停留在人工操作監(jiān)測，存儲的熱圖像只能在后臺PC機(jī)上進(jìn)行分析診斷，是間斷性的分析控制．不能對熱分布場實(shí)時監(jiān)控和診斷熱像的故障性質(zhì)等操作。對某些特殊場合如無人值守變電站運(yùn)行設(shè)備的熱狀態(tài)監(jiān)測，若是人工操作的紅外設(shè)備，會造成勞動強(qiáng)度增加及診斷不及時等缺陷。通過遠(yuǎn)程控制的智能化的紅外熱像監(jiān)控診斷系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)實(shí)時不間斷監(jiān)控。

2紅外成像測溫技術(shù)

2．1紅外熱像儀測溫原理

每個不處于絕對溫度的物體，都會以電磁波的形式向外輻射能量。不同物體甚至同一物體不

同部位的紅外輻射強(qiáng)弱均不同．利用物體與背景環(huán)境的輻射差異以及景物本身各部分輻射的差異．熱圖像能夠呈現(xiàn)目標(biāo)物體各部分的輻射起伏，從而能顯示出目標(biāo)的特征。而紅外熱像儀就是將不可見的紅外輻射變?yōu)槿搜劭梢姷臒釄D像的儀器工具。目標(biāo)物體發(fā)出的

紅外線透過特殊的光學(xué)鏡頭，被紅外探測器所吸收，探測器將強(qiáng)弱不等的紅外信號轉(zhuǎn)化成電信號，再經(jīng)過放大和視頻處理．形成熱圖像顯示到屏幕上。工作原理見圖1：

2．2變電站溫度檢測設(shè)備選擇

針對電力系統(tǒng)而開發(fā)出的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對機(jī)房環(huán)境或電力設(shè)備的溫度監(jiān)測。根據(jù)現(xiàn)

有測溫檢測設(shè)備的技術(shù)性能等級可分為：普通測溫探頭、紅外測溫探頭、光纖溫度傳感器、焦平面移動式紅外熱像儀、在線式紅外監(jiān)控?zé)嵯裣到y(tǒng)。根據(jù)各變電站實(shí)際業(yè)務(wù)需求，220kV變電站以上都應(yīng)配置監(jiān)控時間更長性能更高的紅外熱像儀。

2．3在線測溫式紅外熱像儀

在線測溫式紅外熱像儀是固定安裝在監(jiān)控現(xiàn)場的高性能紅外測位設(shè)備。它可根據(jù)變電站管理

的實(shí)際需求．制定出一套完善的戶外惡劣環(huán)境下的無人值守全自動在線監(jiān)控解決方案。設(shè)備由于監(jiān)控范圍廣，設(shè)備密集，應(yīng)集成較高分辨率的紅外探測器，輔助以圖像處理技術(shù)．配置高清可見光以及大活動范圍的云臺。同時在后臺進(jìn)行實(shí)時診斷分析。應(yīng)配合使用功能豐富的監(jiān)控軟件平臺和分析軟件，準(zhǔn)確對電力設(shè)備的熱故障進(jìn)行預(yù)警，保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全。

3紅外檢測與診斷的功能

紅外熱像儀檢測輸變電力設(shè)備特別是其連接部位的運(yùn)行溫度，是獲取設(shè)備狀態(tài)信息的關(guān)鍵手段。但長期以來，傳統(tǒng)使用手持式紅外熱象儀進(jìn)行測試存在流程缺陷，當(dāng)檢測部分線路、設(shè)備可能處在低負(fù)荷或備用狀態(tài)運(yùn)行。檢測結(jié)果無法真實(shí)反映設(shè)備的高負(fù)荷狀態(tài)，例如主變的備用側(cè)以雙回路、旁線回路的備用線路等．會給安全運(yùn)行帶來隱患。某變電站主變場區(qū)內(nèi)部署2臺前端現(xiàn)場監(jiān)測單元，配置有紅外測溫儀、高速云臺、控制箱(電源適配器、光纖收發(fā)器等)。可以實(shí)現(xiàn)多個監(jiān)控單元的串行連接．有利于對現(xiàn)場單元的新增擴(kuò)展。后臺設(shè)有主控通訊中心。包括設(shè)有控制計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、控制設(shè)備(光纖收發(fā)器、矩陣控制器)。對紅外測溫儀傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算出溫度值。當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度異常時將對設(shè)備圖像存儲并報(bào)警。根據(jù)監(jiān)控目標(biāo)的差異與環(huán)境的不同，在系統(tǒng)中預(yù)置多個方位角和焦距信息，并設(shè)定相應(yīng)的輻射反射率、測量距離等工作參數(shù)．以保證測溫工作的及時性與有效性。

4在線紅外檢測的判斷方法

4．1表面溫度判斷法

根據(jù)測得的設(shè)備表面溫度值，凡溫度(或溫升)超過標(biāo)準(zhǔn)者可根據(jù)設(shè)備溫度超標(biāo)的程度、設(shè)備負(fù)荷率的大小、設(shè)備的重要性及設(shè)備承受機(jī)械應(yīng)力的大小來確定設(shè)備缺陷的性質(zhì)，對在小負(fù)荷率下溫升超標(biāo)或承受機(jī)械應(yīng)力較大的設(shè)備要從嚴(yán)定性。

4．2相對溫差判斷法

對電流致熱型設(shè)備．若發(fā)現(xiàn)設(shè)備的導(dǎo)流部分熱態(tài)異常，應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確測溫，計(jì)算相對溫差值，對于負(fù)荷率小、溫升小但相對溫差大的設(shè)備，如果有條件改變負(fù)荷率，可增大負(fù)荷電流后進(jìn)行復(fù)測．以確定設(shè)備缺陷的性質(zhì)。當(dāng)無法進(jìn)行此類復(fù)測時，可暫定為一般缺陷，并注意監(jiān)視。

4．3同類比較判斷法

在同一電氣回路中，當(dāng)三相電流對稱和三相(或兩相)設(shè)備相同時，比較三相(或兩相)電流致熱型設(shè)備對應(yīng)部位的溫升值，可判斷設(shè)備是否正常。若三相設(shè)備同時出現(xiàn)異常，可與同回路的同類設(shè)備比較。當(dāng)三相負(fù)荷電流不對稱時，應(yīng)考慮負(fù)荷電流的影響。對于型號規(guī)格相同的電壓致熱型設(shè)備，可根據(jù)其對應(yīng)點(diǎn)溫升值的差異來判斷設(shè)備是否正常。電壓致熱型設(shè)備的缺陷宜用允許溫升或同類允許溫差的判斷依據(jù)確定。一般情況下，當(dāng)同類溫差超過允許溫升值的30％時，應(yīng)定為重大缺陷。當(dāng)三相電壓不對稱時應(yīng)考慮工作電壓的影響.

4．4檔案分析判斷法

分析同一設(shè)備在不同時期的檢測數(shù)據(jù)，找出設(shè)備致熱參數(shù)的變化趨勢和變化速率．以判斷設(shè)備是否正常。

4．5圖像特征判斷法

根據(jù)同類設(shè)備在正常狀態(tài)和異常狀態(tài)下的熱譜圖的差異來判斷設(shè)備是否正常。

5 電氣設(shè)備熱危害缺陷分析

5．1 電阻損耗(銅損)增大故障

電力系統(tǒng)導(dǎo)電回路中的金屬導(dǎo)體都存在相應(yīng)的電阻，因此當(dāng)通過負(fù)荷電流時，必然有一部分電能以熱損耗的形式消耗掉，由此產(chǎn)生了設(shè)備的發(fā)熱。在理想情況下，假如導(dǎo)電回路中的各種連接件，接頭或觸頭接觸電阻低于相連導(dǎo)體部分的電阻，那么連接部位的電阻損耗發(fā)熱不會高于(甚至低于)相鄰載流導(dǎo)體的發(fā)熱。然而，一段某些連接件。接頭或觸頭應(yīng)連接不良，造成接觸電阻增大，該連接部位與周圍導(dǎo)體部位相比，就會產(chǎn)生更多的電阻損耗發(fā)熱功率和更高的溫升，從而造成局部過熱。運(yùn)行試驗(yàn)表明，引起導(dǎo)電回路不良連接的主要原因有以下幾種：

1)導(dǎo)電回路連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。

2)安裝施工不嚴(yán)格，不符合工藝要求。

3)導(dǎo)線在風(fēng)力舞動下或者外界引起的振動

等機(jī)械力作用下，以及線路周期性加載及環(huán)境溫度的周期性變化。也會使連接部位周期性冷縮熱脹，導(dǎo)致連接松弛。

4)長期裸露在大氣環(huán)境中工作，受污染和侵蝕，造成接頭電接觸表面氧化等。

5)電氣設(shè)備內(nèi)部觸頭表面氧化，多次分合后在觸頭間殘存有機(jī)物或碳化物，觸頭彈簧斷裂或退火老化．或因觸頭調(diào)整不當(dāng)及分合時電弧的腐蝕與等離子體蒸汽對觸頭的磨損及燒蝕，造成觸頭有效接觸面積減小等。

5．2介質(zhì)損耗(介質(zhì))增大故障

除導(dǎo)電回路以外，有固體或液體(如油等)電介質(zhì)構(gòu)成的絕緣結(jié)構(gòu)也是許多高壓電氣設(shè)備的重要組成部分。用作電器內(nèi)部或載流導(dǎo)體附近電氣絕緣的電介質(zhì)材料，在交變電壓作用下引起的能量損耗，通常稱為介質(zhì)損耗。由于絕緣電介質(zhì)損耗產(chǎn)生的發(fā)熱功率與所施加的工作電壓平方成正比，而與負(fù)荷電流大小無關(guān)，因此稱這種損耗發(fā)熱為電壓效應(yīng)引起的發(fā)熱。

即使在正常狀態(tài)下，電氣設(shè)備內(nèi)部和導(dǎo)體周圍的絕緣介質(zhì)在交變電壓作用下也會有介質(zhì)損耗

發(fā)熱。當(dāng)絕緣介質(zhì)的絕緣性能出現(xiàn)故障時，會引起絕緣的介質(zhì)損耗增大，因此導(dǎo)致介質(zhì)損耗發(fā)熱功率增加．設(shè)備運(yùn)行溫度升高。引起絕緣電介質(zhì)材料介質(zhì)損耗增大的原因包括：固體絕緣材料材質(zhì)不佳或老化；液體絕緣介質(zhì)性能劣化、受潮以及絕緣介質(zhì)本身的化學(xué)變化。

5．3鐵磁損耗增大故障

對于由繞組或磁回路組成的高壓電氣設(shè)備，由于鐵芯的磁滯、渦流而產(chǎn)生的電能損耗稱為鐵磁損耗或鐵損。如果由于設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、運(yùn)行不正常，或者由于鐵芯材質(zhì)不良，鐵芯片間絕緣受損，出現(xiàn)局部或多點(diǎn)短路，可分別引起回路磁滯或磁飽和或在鐵芯片間短路處產(chǎn)生短路環(huán)流．增大鐵損并導(dǎo)致局部過熱。另外，對于內(nèi)部帶鐵芯繞組的高壓電氣設(shè)備(如變壓器和電抗器等)如果出現(xiàn)磁回路漏磁，還會在鐵制箱體產(chǎn)生渦流發(fā)熱。由于交變磁場的作用，電器內(nèi)部或載流導(dǎo)師體附近的非磁性導(dǎo)電材料制成的零部件有時也會產(chǎn)生渦流損耗．因而導(dǎo)致電能損耗增加和運(yùn)行溫度升高。此類發(fā)熱屬于電磁效應(yīng)引起的發(fā)熱。

5，4電壓分布異常和泄漏電流增大故障

高壓電氣設(shè)備在正常運(yùn)行狀態(tài)下都有一定的電壓分布和泄漏電流，但是當(dāng)出現(xiàn)某些故障時，將改變其分布電壓和泄露電流的大小，并導(dǎo)致其表面溫度分布異常。此時的發(fā)熱屬于電壓效應(yīng)發(fā)熱。

5．5缺油及其他故障

油浸高壓電氣設(shè)備由于滲漏或共他原因(如變壓器套管未排氣)而造成缺油或假油位，嚴(yán)重時可以引起油面放電，并導(dǎo)致表面溫度分布異常。

這種熱特征除放電時引起發(fā)熱外，通常主要是由于設(shè)備內(nèi)部油位面上下介質(zhì)(如空氣和油)熱性參數(shù)值不相同所致。

5．6故障監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)流程

在變電機(jī)組中，在重負(fù)荷運(yùn)行前應(yīng)進(jìn)行一次檢驗(yàn)．在正常運(yùn)行時每一周進(jìn)行一次一般檢測。

在重負(fù)荷(迎峰度夏)運(yùn)行期間每天應(yīng)監(jiān)測一次。對運(yùn)行在220KV以上的變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器、并聯(lián)電容器、避雷器、電纜終端進(jìn)行一次精確測溫，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像存檔。

6結(jié)束語

綜上所述．紅外熱像狀態(tài)監(jiān)測故障診斷技術(shù)在變壓器、高壓斷路器、高壓隔離開關(guān)、互感器、

并聯(lián)電容器等變電站電氣設(shè)備運(yùn)行、檢修中的運(yùn)用，可以迅速、連續(xù)地反映設(shè)備全生命周期環(huán)境下帶電運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)大量采集的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，預(yù)示運(yùn)行設(shè)備可能存在的潛伏性的熱故障，及時提出處理措施，延長設(shè)備的服役期，降低運(yùn)行風(fēng)險和成本，實(shí)行自動化和科學(xué)化設(shè)備管理。

參考文獻(xiàn)

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