红外测温技术在变电站内的应用

摘 要：作为电力设备状态检修的一种重要手段，红外测温具有安全、便携、非接触性等特点，能够有效地诊断出电力设备存在的过热缺陷，防止事故的发生。本文介绍了设备过热缺陷的诊断方法，测温中的注意事项，以及红外测温在变电站中的实际应用。

关键词：红外测温；诊断方法；过热缺陷

1引言

随着电力工业的发展，电力设备的维修方式逐步由事后维修和预防性维修向预知性维修转变。因此，尽可能在设备不停电的情况下，通过状态检测手段，检测出设备缺陷，而红外测温恰好为此提供了良好的技术手段。红外测温仪可以通过被测设备表面的温度场分布，快速、直观地对被测运行设备进行检测和诊断电力设备的过热缺陷，为检修人员采取合理的检修措施提供了依据，从而减少了设备因过热缺陷造成的事故停电，特别是在高温、重负荷下，为设备的健康安全运行提供了保障。

2红外测温的原理

温度高于绝对零度的任何物体，因自身分子运动，都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。红外辐射能量的大小及其按波长的分布与物体表面温度的高低有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能够准确地测出物体表面的温度。

红外测温仪由光学器件、探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成（如图2-1）。光学器件将物体发出的红外辐射能量聚集到光电探测器上，探测器将入射的辐射转化为电信号，该信号经过放大器和信号处理电路，并根据自身的测温校准系统校正后被处理成热图，显示被测物体的温度。

当运行中的电气设备由于自然原因或者内部部件老化、接触不良、接触点生锈腐蚀、负载不平衡等因素均会导致设备不正常的发热或温度分布异常。通过红外测温，我们可以及时地发现这些缺陷，通过转移负荷、停电检修等手段消除，或是根据测温结果，对照相关标准，对设备状态进行评分，制定检修计划，在计划时间内进行处理，从而防止设备加速老化，导致更为严重的系统故障。

3诊断方法

3.1表面温度判断方法

根据测得的设备表面温度值，对照有关电力设备检测规范的相关规定，并结合设备部位、材料、环境条件、负荷大小等条件，可以确定一部分电流致热型设备的缺陷，而对电压致热型设备不容易诊断。

3.2相对温差判断法

电力设备在正常运行时都会发出一定热量，而这种热量按设计要求是允许的。若用热像仪对全部运行设备进行扫描检查时，发现存在异常温度点，然后对温度异常的部位进行重点检测，测出异常点的温度。为了判断是否为故障，应将异常点温度与正常运行时的温度进行比较，同时考虑周围环境条件的影响，最后根据设备的相对温差以及是否超出规定值，来确定设备故障与否。

相对温差法即通过两个对应测点之间的温差与其中较热点的温升之比的百分数来确定设备是否故障。相对温差可以采用公式（3-1）计算：

相对温差一般用于电流致热设备的判断，这种方法可以排除负荷及环境温度对红外诊断结果的影响。

3.3同类比较法

在同一电气回路中，当三相电流对称和三相（或两相）设备相同时，比较三相（或两相）电流致热型设备对应部位的温升值，可判断设备是否正常。若三相设备同时出现异常，可与同回路的同类设备比较。当三相负荷电流不对称时，应考虑负荷电流的影响。

即进行三相之间的横向比较和相同各部位的纵向比较。

4.4热图谱分析法

根据同类设备在正常状态和异常状态下的热图谱的差异来判断设备是否正常。

4.5档案分析法

分析同一设备在不同时期的检测数据（例如温升、相对温差和热谱图），找出设备致热参数的变化趋势和变化速率，以判断设备是否正常。

4.6运行负荷比较法

系统设备运行时的温度和运行负荷有着直接关系，众所周知，电流越大，持续时间越长，设备累积的温度越高。当用红外热像仪进行检测时，发现设备某个部件，或线路的某一相温度出现异常，这时要检查设备运行负荷的大小，来判断设备是否会出现故障。若当时负荷已很大，而发热部件温度又不是很高，则不会发生故障。反之，当检测时，负荷很小，设备部件已发热，那么一当负荷增加，发热部件的温度会急剧增加，从而导致故障的发生。所以测试时，一定要注意设备运行的负荷大小，然后再诊断系统和设备可能出现的故障。

5案例分析

近些年来，检修公司济宁检修分部对所辖三站进行测温时，发现了一些缺陷，总结如下：

5.1空间磁场导致的发热

2011年1月27日，在对500kV郓城变电站进行一次测温时，发现35kV#2A低抗A、B、C三相所有的支持瓷瓶端头均有发热现象，温度达到100℃（如图5-1），经与北京电力设备厂沟通，是由于支持瓷瓶与下方不锈钢过渡座装反的缘故。

5.2接线板压接面不均匀引起的发热

2011年6月8日，在对500kV枣庄站进行红外测温中发现，#2主变220kV侧GIS套管B相接线板处有发热现象，A相温度为23.4℃，C相温度为23.1℃，而B相温度为32.2℃（图5-2），通过同类比较法，发现B相温度偏高，经过后期的跟踪，发现B相温度始终高于其他两相10℃左右。

处理方法：借助#2主变停电之机，发现接线板处表面有划痕，后用细砂纸打磨平整，表面涂抹一层导电膏，送电后测温，三相温度一致。

5.3二次接线端子松动引起的发热

2012年8月6日，试验人员在对500kV枣庄变电站进行二次测温的过程中，发现220kVA段母线PT汇控柜端子排有发热现象，温度达到48.7℃（图5-3），从热图可以直观地采用表面温度法进行判断，后经保护人员检查发现，接线端子存在松动，紧固后，热点消失。

5.4接触面炭化引起的发热

2011年2月21日，在对500kV汶上变电站#1主变C相35kV出线套管Z抽头处有发热现象，后来跟踪发现，AR01 ： 最大值57.4℃，AR02 ： 最大值38.5℃，后跟踪发现Z抽头始终高于C抽头15-20℃，停电处理时发现佛手已有炭化痕迹，换掉佛手处理后，缺陷消除。

由上述案例，可以看出，红外测温不仅能够有效地诊断出一次设备存在的缺陷，而且能够诊断出二次设备存在的缺陷，因此，在日常工作中，我们要注重一次测温的同时，也要做好二次测温，建议每个季度进行一次二次设备的测温，同时还应做好红外热图的历史记录，以便比对、跟踪。

6注意事项

6.1检测目标及环境的温度

检测目标及环境的温度不宜低于5℃，因为温度低于5℃的情况下，仪器的工作部件会受到影响，影响测量结果。如果必须在低温下进行检测，应注意仪器自身的工作温度要求，同时还应考虑水汽结冰使某些进水受潮的设备的缺陷漏检。

6.2空气的湿度

空气的湿度不易大于85%，不应在不应在有雷、雨、雾、雪及风速超过0.5m/s的环境下进行检测，因为此种情况下，可能导致对电力设备缺陷的误判。

6.3光照的影响

室外检测应在日出之前、日落之后或阴天进行，室内检测宜闭灯进行，被测物应避免灯光直射，以免不需要的红外辐射进入一起镜头，影响测量结果。

6.4辐射系数

由于辐射系数作为测温仪温度校正系统的一个重要参数，因此测试前应先选择合适的辐射系数。

6.5测量距离

测量距离不宜过长，距离过长，空气中的尘埃、水汽等会对红外线产生反射或折射，造成测量误差。

6.6强磁场的干扰

应避免强磁场的干扰，特别是在对35kV并联电抗器附近进行测量时，由于空心电抗器的漏磁比较大，当仪器靠近空间磁场区域时，测温仪可能出现屏幕跳动现象。

7总结

红外测温是一种快速、有效的技术，具有远距离、不接触、不取样、不解体等特点，不仅能够发现一次设备的缺陷，而且能够发现二次设备的缺陷，是计划性检修过渡到状态性检修的一个重要的手段。但是由于测温技术发展水平的限制，还不能对变电站内所有设备进行故障诊断，特别是内部故障的诊断，因此，在日常工作中，我们还需要结合各种技术手段和积累相关经验，从多方面进行故障的定位和判断。

参考文献

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[2] 沈长德，黄强，黄强. 红外测温技术在电力系统消除缺陷中的应用[J].科技创新导报，2010（24）：101～103.

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[4] 董其国. 红外测温技术在电力设备中的应用[M].北京：机械工业出版社，1998.

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