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

對(duì)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(huì)對(duì)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(cè)停留在人工操作監(jiān)測(cè)，存儲(chǔ)的熱圖像只能在后臺(tái)PC機(jī)上進(jìn)行分析診斷，是間斷性的分析控制．不能對(duì)熱分布場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和診斷熱像的故障性質(zhì)等操作。對(duì)某些特殊場(chǎng)合如無(wú)人值守變電站運(yùn)行設(shè)備的熱狀態(tài)監(jiān)測(cè)，若是人工操作的紅外設(shè)備，會(huì)造成勞動(dòng)強(qiáng)度增加及診斷不及時(shí)等缺陷。通過(guò)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(duì)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)不間斷監(jiān)控。

2紅外成像測(cè)溫技術(shù)

2．1紅外熱像儀測(cè)溫原理

每個(gè)不處于絕對(duì)溫度的物體，都會(huì)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(jiàn)的紅外輻射變?yōu)槿搜劭梢?jiàn)的熱圖像的儀器工具。目標(biāo)物體發(fā)出的

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

2．2變電站溫度檢測(cè)設(shè)備選擇

針對(duì)電力系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)出的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房環(huán)境或電力設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)。根據(jù)現(xiàn)

有測(cè)溫檢測(cè)設(shè)備的技術(shù)性能等級(jí)可分為：普通測(cè)溫探頭、紅外測(cè)溫探頭、光纖溫度傳感器、焦平面移動(dòng)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(shí)間更長(zhǎng)性能更高的紅外熱像儀。

2．3在線測(cè)溫式紅外熱像儀

在線測(cè)溫式紅外熱像儀是固定安裝在監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的高性能紅外測(cè)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(wú)人值守全自動(dòng)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(cè)器，輔助以圖像處理技術(shù)．配置高清可見(jiàn)光以及大活動(dòng)范圍的云臺(tái)。同時(shí)在后臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷分析。應(yīng)配合使用功能豐富的監(jiān)控軟件平臺(tái)和分析軟件，準(zhǔn)確對(duì)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(cè)與診斷的功能

紅外熱像儀檢測(cè)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(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)使用手持式紅外熱象儀進(jìn)行測(cè)試存在流程缺陷，當(dāng)檢測(cè)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(cè)結(jié)果無(wú)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(huì)給安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。某變電站主變場(chǎng)區(qū)內(nèi)部署2臺(tái)前端現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元，配置有紅外測(cè)溫儀、高速云臺(tái)、控制箱(電源適配器、光纖收發(fā)器等)。可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)監(jiān)控單元的串行連接．有利于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單元的新增擴(kuò)展。后臺(tái)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(duì)紅外測(cè)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(shí)將對(duì)設(shè)備圖像存儲(chǔ)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(gè)方位角和焦距信息，并設(shè)定相應(yīng)的輻射反射率、測(cè)量距離等工作參數(shù)．以保證測(cè)溫工作的及時(shí)性與有效性。

4在線紅外檢測(cè)的判斷方法

4．1表面溫度判斷法

根據(jù)測(cè)得的設(shè)備表面溫度值，凡溫度(或溫升)超過(guò)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(lái)確定設(shè)備缺陷的性質(zhì)，對(duì)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(duì)溫差判斷法

對(duì)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(cè)溫，計(jì)算相對(duì)溫差值，對(duì)于負(fù)荷率小、溫升小但相對(duì)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(cè)．以確定設(shè)備缺陷的性質(zhì)。當(dāng)無(wú)法進(jìn)行此類復(fù)測(cè)時(shí)，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(duì)稱和三相(或兩相)設(shè)備相同時(shí)，比較三相(或兩相)電流致熱型設(shè)備對(duì)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(shí)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(duì)稱時(shí)，應(yīng)考慮負(fù)荷電流的影響。對(duì)于型號(hào)規(guī)格相同的電壓致熱型設(shè)備，可根據(jù)其對(duì)應(yīng)點(diǎn)溫升值的差異來(lái)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(guò)允許溫升值的30％時(shí)，應(yīng)定為重大缺陷。當(dāng)三相電壓不對(duì)稱時(shí)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(shí)期的檢測(cè)數(shù)據(jù)，找出設(shè)備致熱參數(shù)的變化趨勢(shì)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(lái)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(guò)負(fù)荷電流時(shí)，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(huì)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?chē)鷮?dǎo)體部位相比，就會(huì)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(guò)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(dòng)下或者外界引起的振動(dòng)

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(huì)使連接部位周期性冷縮熱脹，導(dǎo)致連接松弛。

4)長(zhǎng)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(shí)電弧的腐蝕與等離子體蒸汽對(duì)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(wú)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?chē)慕^緣介質(zhì)在交變電壓作用下也會(huì)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(shí)，會(huì)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(duì)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(guò)熱。另外，對(duì)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(huì)在鐵制箱體產(chǎn)生渦流發(fā)熱。由于交變磁場(chǎng)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(shí)也會(huì)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(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)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(cè)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(shí)每一周進(jìn)行一次一般檢測(cè)。

在重負(fù)荷(迎峰度夏)運(yùn)行期間每天應(yīng)監(jiān)測(cè)一次。對(duì)運(yùn)行在220KV以上的變壓器、斷路器、隔離開(kāi)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(cè)溫，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像存檔。

6結(jié)束語(yǔ)

綜上所述．紅外熱像狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷技術(shù)在變壓器、高壓斷路器、高壓隔離開(kāi)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(duì)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(shí)提出處理措施，延長(zhǎng)設(shè)備的服役期，降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和成本，實(shí)行自動(dòng)化和科學(xué)化設(shè)備管理。

參考文獻(xiàn)

[1 ] DI／T 969—2005變電站運(yùn)行導(dǎo)則[S]．北京：中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)

[2]《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》[s]．中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)2008．6．