摘要：紅外診斷技術作為狀態(tài)維修體制的一種，密切追蹤監(jiān)測每臺設備具體運行技術狀態(tài)的發(fā)展、變化情況，并根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測結果，掌握設備運行狀態(tài)（或設備故障）演變的情形和惡化的程度，對故障設備的診斷到位，使維修實現(xiàn)“無病不修，有病才修，修必修好”。 關鍵詞：電力設備；紅外診斷技術；故障判斷；狀態(tài)維修 前言 以往，我們對電力設備的維修和診斷主要依靠事后維修體制、預防維修體制。 ——1985～1990年間全國有80%的變壓器事故是在預試合格情況下發(fā)生的； ——2000～2003年間我省電氣設備有90%是在預試合格情況下發(fā)生了事故； 從以上事例證明,投入大量人力、物力、財力進行的預防性試驗的作用甚微，其原因主要是： 設備不是處于運行狀態(tài)，不能真實反映設備的運行參數(shù)； 試驗周期不符合設備故障規(guī)律——浴盆曲線；因此國內外電力行業(yè)逐步興起了較先進的狀態(tài)維修體制。 在國外，早在1949年Leslie等人就首次提出利用紅外技術探測高壓輸電線路過熱接頭的思想，并描述了利用電阻測輻射熱計制成的紅外輻射計探測過熱接頭的具體方法。此后，隨著紅外探測元器件和儀器系統(tǒng)的發(fā)展，正式開辟了應用紅外測溫儀器檢測電力設備熱故障的新領域，并在此基礎上，不斷改進和完善紅外檢測儀器，擴大使用范圍，逐步提高在實際中的使用效果。 而我局在近年來也引進了較為先進的紅外熱像儀TV2000，并應用該儀器解決了變電站內諸如變壓器高壓套管端部連接接觸不良等故障現(xiàn)象，并建立了熱像圖數(shù)據(jù)庫，取得了一定成績，摸索了一定經驗，大大減少了停電檢修造成的大量經濟損失。 　　 1.電力設備故障紅外診斷的基本原理和技術特點 1.1基本原理 物理學研究表明，世間萬物都會發(fā)射人眼看不見的紅外輻射能量，而且，物體的溫度越高，發(fā)射的紅外輻射能量越強。帶電設備的紅外診斷技術就是這樣一門新興的學科。它是利用帶電設備的致熱效應，采用專用設備獲取從設備表面發(fā)出的紅外輻射信息，進而判斷設備狀況和缺陷性質的一門綜合技術。 1.2 技術特點 與傳統(tǒng)的預防性試驗和離線診斷相比，紅外診斷方法具有以下的技術特點。 1.2.1 不接觸、不停運、不取樣、不解體。 1.2.2 可以及時發(fā)現(xiàn)運行中設備的異常征兆，避免發(fā)生事故； 1.2.3 可實現(xiàn)大面積快速掃描成像，狀態(tài)顯示快捷、靈敏、形象、直觀，檢測效率高，勞動強度低。 1.2.4 既可定性反映設備的故障存在與否，又能定量地反映故障嚴重程度。 1.2.5 可以適當延長設備試周期，逐步達到代替預試，減少停電，減少誤操作等不安全因素。節(jié)省大量人力，物力和時間； 1.2.6 對老舊或存在隱患的設備，可以隨時跟蹤監(jiān)視其運行狀況，最大限度地利用其剩余壽命。 2. 電力設備故障紅外診斷的適用范圍 隨著電氣設備故障紅外診斷技術研究的深人發(fā)展，特別是通過對高壓電氣設備內部故障發(fā)熱的傳熱分析與模擬試驗研究，并結合大量現(xiàn)場監(jiān)測統(tǒng)計分析，人們逐漸掌握了各類高壓電器不同故障發(fā)熱的熱場分布規(guī)律與表面紅外熱像特征。從故障的發(fā)熱機理，電力設備故障紅外診斷的適用范圍如下： 2.1 高壓電氣設備內部導流回路故障的診斷 許多高壓電氣設備的內部導流回路因連接不良，接觸電阻增大而出現(xiàn)過熱。當改變負荷電流時，其發(fā)熱功率和表面紅外熱像也隨之改變。所以，通過紅外熱像，就可以分辨設備內部導流回路的連接故障。這類故障又可稱為電流致熱型故障。 2.2 高壓電氣設備內部絕緣故障的診斷 許多高壓電氣設備的內部絕緣由于密封不良，進水受潮，或者因絕緣介質老化導致電氣絕緣性能下降，甚至會出現(xiàn)局部放電或擊穿。此類故障的發(fā)熱功率與運行電壓有關，而與負荷電流大小無關。絕緣故障的外部特征，往往是表現(xiàn)為溫度上高下低的熱場分布。據(jù)此，可判定為設備出現(xiàn)相應的絕緣故障。這類故障又可稱為電壓致熱型故障。 2.3 其他故障診斷 在電力系統(tǒng)中，故障現(xiàn)象除以上兩種主要故障外，還有以下幾種可以通過紅外熱成像診斷出： 鐵磁損耗或渦流故障的診斷；電壓分布異常和泄漏電流增大故障的診斷；油浸電氣設備缺油故障的診斷；電力帶電作業(yè)、安全工器具內部缺陷和金屬導體接件的診斷；火電廠鍋爐運行狀態(tài)診斷；熱力系統(tǒng)破損及漏熱診斷等等。 3. 熱成像診斷的一般方法與應用實例 在判斷故障時，應根據(jù)具體情況排除諸如風力，環(huán)境溫度穩(wěn)定性，距離，操作因素等干擾因素，進行三相或鄰相比較，以正確分析設備缺陷。 依據(jù)上述特點，結合多年來的研究成果及大量的檢測實例，對電氣設備內、外部熱缺陷的特點及形成原因進行了分析探討，其典型實例如下： 3.1 電力變壓器 電力變壓器作為變電設備的核心，是變電站最重要的設備。多年來人們也試圖尋找診斷其內部故障的方法，但是，由于正常運行時，變壓器自身的損耗功率太大，遠遠超過其內部某些接觸不良故障或絕緣性能問題產生的熱量。因此其內部繞組絕緣缺陷或鐵芯故障等方面的故障是很難用熱像檢測來發(fā)現(xiàn)的。目前應用較成功的主要有主變套管及外殼漏磁等方面。其中可檢測的故障類型有： 3.1.1 高壓套管端部連接接觸不良（含接頭） 通常在端部出現(xiàn)局部高溫，可能是套管內外部件間的接觸不良的情形，如圖1-1所示，110kV龍門變2號主變高壓側A相套管接頭溫度52℃，其余兩相均為30 ℃，經檢查是A相將軍帽與接頭的螺紋接觸不良，接觸電阻增大。經處理后投運正常。 3.1.2 高壓套管（電容型）介損過大（或放電性故障） 這類故障通常導致套管本體普遍發(fā)熱，可從相間的比較中得出判斷。但現(xiàn)場中可能會受到主變本體的熱量散發(fā)及高溫背景影響。國內已有類似的診斷事例，但我省還沒有發(fā)現(xiàn)過。 3.1.3 高壓套管缺油 這是一類普遍發(fā)生的故障，雖然目前很少導致套管事故。套管中上部缺油后，溫度出現(xiàn)梯級下降，這種熱像也很容易受主變本體熱像干擾以及鄰近高溫背景的反射。因此環(huán)境溫度變化大時，反而有利于它的檢測，如圖1-2所示為110kV鐵山變1號主變高壓側套管A相缺油的熱像。 　　 3.1.4 純瓷套管導桿的內部連接不良 純瓷套管導桿的長度相對較短，當內部接頭不良時，熱能可通過導桿向外傳播，一般表現(xiàn)為導桿部分溫度相對高些，可以辨別出來。 3.1.5 漏磁屏蔽不良的外殼局部發(fā)熱 主變的磁屏蔽不良可導致外殼的過熱故障，一般可出現(xiàn)在螺桿附近的局部磁通集中而發(fā)生過熱現(xiàn)象，如圖1-3所示。 　　 3.1.6 其它部位油位異常 根據(jù)油液面的高低，許多金屬容器內的液位可得到正確反應，如油枕油位等。 3.2 斷路器 斷路器是變電設備中數(shù)量較多的一類，從發(fā)熱角度看其故障最多的主要是電接觸方面的故障，如觸頭，觸頭座等。相對來說，斷路器的檢測受到的干擾要少得多。而多數(shù)斷路器本體簡潔，故障易于發(fā)現(xiàn)，檢測結果的可靠性較好，準確度也較高。但是手車柜或GIS斷路器的檢測就存在很大困難?，F(xiàn)場應用中可檢測的的故障類型有： 3.2.1 觸頭接觸不良發(fā)熱 這是斷路器最常見的故障，主要表現(xiàn)在相關金屬部位瓷套（少油、SF6）發(fā)熱，可能是動靜觸頭不良，中間觸頭不良等方面。如圖2-1所示為220kV舊縣變斷路器＃194,發(fā)熱處比正常高出了大約10℃。 3.2.2 斷路器CT故障 這類故障以35kV斷路器為主，常表現(xiàn)為CT部位的金屬表面整體發(fā)熱，包括CT鐵芯或二次線圈方面的故障所致，如圖2-2所示為35kV紅碳山變斷路器＃304CT發(fā)熱情況。 [/align] 3.2.3 外部引線接頭不良 主要是斷路器外接線端頭的連接不良，這是很普遍的故障之一，如圖2-3，故障相進線側溫度達120℃，出線側溫度只有45℃，這是因為安裝或檢修時的疏忽或工藝不良引起。處理后投運正常。 3.2.4 缺油故障 斷路器缺油故障的熱像特征與套管是類似的。但從實用情況看，國內除了有發(fā)現(xiàn)中低等級的缺油故障外，未見有更高電壓等級的檢測實例。 3.3 電壓互感器 電壓電感器的負荷極低，一般來說，主要是電壓致熱型缺陷，只有自身絕緣問題才會產生異常發(fā)熱。故障主要是由于受潮、匝間擊穿、絕緣劣化等引起，通常只出現(xiàn)整體的溫升。一般不易分清哪方面的故障因素。 因此，對輕度的絕緣缺陷容易被掩蓋過去，而且不同型號的互感器經常混用，其損耗水平均不一致，這給檢測診斷帶來不少的難題。目前這類診斷還在進一步探索中。 3.4 電流互感器 由于電流互感器除了絕緣方面的缺陷外，還有電傳導方面的故障。故障主要表現(xiàn)在接觸過熱方面。在正常運行時，互感器本身沒有什么電損耗，整體溫升一般很低，是紅外診斷效果最好一類設備。應用中可檢測的故障類型有： 3.4.1 內聯(lián)接不良故障 電流互感器由于其內部一次接線較復雜，又要承受較大的負荷電流，是常出現(xiàn)故障的部位，主要原因有，一次線圈大螺桿、端壓板松馳，串并聯(lián)出線頭松馳等，一般導致頂帽整體或局部發(fā)熱。如圖3-1，為110kV勵處山變＃193CT，其最熱點溫度已達62℃，檢修時發(fā)現(xiàn)是串并聯(lián)連接處接觸不良。 3.4.2 絕緣缺陷故障 如圖3-2所示為220kV曹溪變＃233CT，由于電流互感器的一次線圈大多采用油紙絕緣，一次線圈都設計成電容芯子。當絕緣受潮或出現(xiàn)絕緣缺陷時，這些油紙介質很容易出現(xiàn)損耗增加而使設備發(fā)熱，一般都表現(xiàn)為上高下低的整體發(fā)熱特征。 3.4.3 外部連接不良故障 這類故障常導致故障部位連接件發(fā)熱，如圖3-3為110kV龍門變＃303CT,發(fā)熱溫度47℃，停電檢修時擰緊螺絲，投運正常。 3.4.4 缺油故障 因制造或檢修工藝疏忽可導致缺漏油。 3.5 電纜頭 在10kV等級的電纜中，電纜頭的發(fā)熱是一個十分普遍的問題，它也是導致電纜頭事故的重要起因。絕大多數(shù)事故是由于接觸過熱或工藝不良導致絕緣損壞后發(fā)生擊穿的。因此，電纜的熱像檢測實際上就是電纜頭部段的檢測，如圖4為110kV西郊變10kV西郊線0＃桿電纜頭。從省內外的應用情況看，可檢測的故障類型有： 3.5.1 電纜頭出線外接頭不良 這類故障是由于外部連接線安裝時，未緊固產生的，接頭過熱向電纜頭傳導，并危及電纜絕緣，若故障發(fā)展至十分嚴重，可使電纜頭絕緣擊穿而發(fā)生事故。 3.5.2 電纜頭線鼻子等內連接壓接不良 故障發(fā)熱點在電纜出線末端附近，同樣會危及電纜絕緣問題。 3.5.3 電纜頭絕緣不良 這類故障發(fā)熱是從電纜頭根部向外傳導，且比電纜本體的溫度還高，但總的溫升值不會太高，通常這是電纜頭制作工藝不良的結果。 另外,目前應用較成功的主要有避雷器在受潮方面的檢測；阻波器內外接頭不良的故障檢測；絕緣子污穢所致的發(fā)熱故障和零值或低值故障檢測；耦合電容器內部受潮或絕緣材質工藝不良引起的局部或整體發(fā)熱檢測；隔離開關觸頭接觸不良等故障檢測。 　　 4. 電力設備故障紅外診斷的局限性 應該承認，任何一種先進的技術都不可能是完美無瑕的，紅外診斷也不例外。就目前而言，紅外診斷的主要不足在于： 1）標定較困難。盡管紅外診斷儀器的測溫靈敏度很高，但因準確度受被檢測表面發(fā)射率及環(huán)境條件的影響較大，很難獲得十分準確的測溫結果。 2）對于一些不易觀察到的內部缺陷，例如：全密封電氣設備、小車柜開關、合成絕緣子、線路絕緣子等，或受到對流或其它干擾熱源影響的異常發(fā)熱故障，大型復雜的高壓電氣設備或熱能動力設備內部的故障，還難以作出有效的診斷。 3）由于紅外熱成像對被測環(huán)境包括環(huán)境溫度，濕度，風速的要求比較高，因此要盡量避開日光，燈光直射和雷雨霧雪，防止其他高溫輻射干擾。 紅外診斷的局限性需要我們在今后的發(fā)展中結合實際給預改進！ 5．紅外診斷的發(fā)展 近幾年來，紅外熱像儀在我省變電設備各方面進行了大量應用，診斷發(fā)現(xiàn)大量設備缺陷，其中不乏主設備方面的嚴重缺陷，對降低我省變電設備故障率起到了良好作用，它在一定程度上彌補了電氣設備離線試驗中所不易或無法發(fā)現(xiàn)設備缺陷的不足，并填補了許多高壓設備缺少在線監(jiān)測的空白，尤其在提倡狀態(tài)檢修的發(fā)展形勢下，熱像診斷已經成為電氣設備從定期檢修向狀態(tài)檢修轉變中一個不可缺少的技術手段，特別是現(xiàn)在先進紅外熱像儀溫度分辨率可達0.02～0.05℃，空間分辨率可達0.07mrad，紅外成像診斷給出的故障顯示形象、直觀，具有很高的分辨能力和準確性。由于紅外監(jiān)測方法能夠進行大范圍設備溫度變化的快速實時監(jiān)測掃描，如今已逐步將其運用于直升飛機檢測輸電線路中的發(fā)熱故障，大大提高檢測效率，降低勞動強度，紅外檢測診斷工作在我省電網(wǎng)設備運行管理上所取得的明顯成效在今后的工作中將更加突出。 　　 參考文獻： 1、程玉蘭• 紅外診斷現(xiàn)場實用技術[M] 北京：機械工業(yè)出版社，2002.4 2、DL/T 664—1999，帶電設備紅外診斷技術應用導