摘要：紅外診斷技術(shù)作為狀態(tài)維修體制的一種，密切追蹤監(jiān)測(cè)每臺(tái)設(shè)備具體運(yùn)行技術(shù)狀態(tài)的發(fā)展、變化情況，并根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（或設(shè)備故障）演變的情形和惡化的程度，對(duì)故障設(shè)備的診斷到位，使維修實(shí)現(xiàn)“無病不修，有病才修，修必修好”。 關(guān)鍵詞：電力設(shè)備；紅外診斷技術(shù)；故障判斷；狀態(tài)維修 前言 以往，我們對(duì)電力設(shè)備的維修和診斷主要依靠事后維修體制、預(yù)防維修體制。 ——1985～1990年間全國(guó)有80%的變壓器事故是在預(yù)試合格情況下發(fā)生的； ——2000～2003年間我省電氣設(shè)備有90%是在預(yù)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(cái)力進(jìn)行的預(yù)防性試驗(yàn)的作用甚微，其原因主要是： 設(shè)備不是處于運(yùn)行狀態(tài)，不能真實(shí)反映設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)； 試驗(yàn)周期不符合設(shè)備故障規(guī)律——浴盆曲線；因此國(guó)內(nèi)外電力行業(yè)逐步興起了較先進(jìn)的狀態(tài)維修體制。 在國(guó)外，早在1949年Leslie等人就首次提出利用紅外技術(shù)探測(cè)高壓輸電線路過熱接頭的思想，并描述了利用電阻測(cè)輻射熱計(jì)制成的紅外輻射計(jì)探測(cè)過熱接頭的具體方法。此后，隨著紅外探測(cè)元器件和儀器系統(tǒng)的發(fā)展，正式開辟了應(yīng)用紅外測(cè)溫儀器檢測(cè)電力設(shè)備熱故障的新領(lǐng)域，并在此基礎(chǔ)上，不斷改進(jìn)和完善紅外檢測(cè)儀器，擴(kuò)大使用范圍，逐步提高在實(shí)際中的使用效果。 而我局在近年來也引進(jìn)了較為先進(jìn)的紅外熱像儀TV2000，并應(yīng)用該儀器解決了變電站內(nèi)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(kù)，取得了一定成績(jī)，摸索了一定經(jīng)驗(yàn)，大大減少了停電檢修造成的大量經(jīng)濟(jì)損失。 　　 1.電力設(shè)備故障紅外診斷的基本原理和技術(shù)特點(diǎn) 1.1基本原理 物理學(xué)研究表明，世間萬物都會(huì)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(qiáng)。帶電設(shè)備的紅外診斷技術(shù)就是這樣一門新興的學(xué)科。它是利用帶電設(shè)備的致熱效應(yīng)，采用專用設(shè)備獲取從設(shè)備表面發(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)。 1.2 技術(shù)特點(diǎn) 與傳統(tǒng)的預(yù)防性試驗(yàn)和離線診斷相比，紅外診斷方法具有以下的技術(shù)特點(diǎn)。 1.2.1 不接觸、不停運(yùn)、不取樣、不解體。 1.2.2 可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中設(shè)備的異常征兆，避免發(fā)生事故； 1.2.3 可實(shí)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(cè)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。 1.2.4 既可定性反映設(shè)備的故障存在與否，又能定量地反映故障嚴(yán)重程度。 1.2.5 可以適當(dāng)延長(zhǎng)設(shè)備試周期，逐步達(dá)到代替預(yù)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(shí)間； 1.2.6 對(duì)老舊或存在隱患的設(shè)備，可以隨時(shí)跟蹤監(jiān)視其運(yùn)行狀況，最大限度地利用其剩余壽命。 2. 電力設(shè)備故障紅外診斷的適用范圍 隨著電氣設(shè)備故障紅外診斷技術(shù)研究的深人發(fā)展，特別是通過對(duì)高壓電氣設(shè)備內(nèi)部故障發(fā)熱的傳熱分析與模擬試驗(yàn)研究，并結(jié)合大量現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)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(chǎng)分布規(guī)律與表面紅外熱像特征。從故障的發(fā)熱機(jī)理，電力設(shè)備故障紅外診斷的適用范圍如下： 2.1 高壓電氣設(shè)備內(nèi)部導(dǎo)流回路故障的診斷 許多高壓電氣設(shè)備的內(nèi)部導(dǎo)流回路因連接不良，接觸電阻增大而出現(xiàn)過熱。當(dāng)改變負(fù)荷電流時(shí)，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(shè)備內(nèi)部導(dǎo)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(shè)備內(nèi)部絕緣故障的診斷 許多高壓電氣設(shè)備的內(nèi)部絕緣由于密封不良，進(jìn)水受潮，或者因絕緣介質(zhì)老化導(dǎo)致電氣絕緣性能下降，甚至?xí)霈F(xiàn)局部放電或擊穿。此類故障的發(fā)熱功率與運(yùn)行電壓有關(guān)，而與負(fù)荷電流大小無關(guān)。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(chǎng)分布。據(jù)此，可判定為設(shè)備出現(xiàn)相應(yīng)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(shè)備缺油故障的診斷；電力帶電作業(yè)、安全工器具內(nèi)部缺陷和金屬導(dǎo)體接件的診斷；火電廠鍋爐運(yùn)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(yīng)用實(shí)例 在判斷故障時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況排除諸如風(fēng)力，環(huán)境溫度穩(wěn)定性，距離，操作因素等干擾因素，進(jìn)行三相或鄰相比較，以正確分析設(shè)備缺陷。 依據(jù)上述特點(diǎn)，結(jié)合多年來的研究成果及大量的檢測(cè)實(shí)例，對(duì)電氣設(shè)備內(nèi)、外部熱缺陷的特點(diǎn)及形成原因進(jìn)行了分析探討，其典型實(shí)例如下： 3.1 電力變壓器 電力變壓器作為變電設(shè)備的核心，是變電站最重要的設(shè)備。多年來人們也試圖尋找診斷其內(nèi)部故障的方法，但是，由于正常運(yùn)行時(shí)，變壓器自身的損耗功率太大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其內(nèi)部某些接觸不良故障或絕緣性能問題產(chǎn)生的熱量。因此其內(nèi)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(cè)來發(fā)現(xiàn)的。目前應(yīng)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(cè)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(nèi)外部件間的接觸不良的情形，如圖1-1所示，110kV龍門變2號(hào)主變高壓側(cè)A相套管接頭溫度52℃，其余兩相均為30 ℃，經(jīng)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(jīng)處理后投運(yùn)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(dǎo)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(chǎng)中可能會(huì)受到主變本體的熱量散發(fā)及高溫背景影響。國(guó)內(nèi)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(dǎo)致套管事故。套管中上部缺油后，溫度出現(xiàn)梯級(jí)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(shí)，反而有利于它的檢測(cè)，如圖1-2所示為110kV鐵山變1號(hào)主變高壓側(cè)套管A相缺油的熱像。 　　 3.1.4 純瓷套管導(dǎo)桿的內(nèi)部連接不良 純瓷套管導(dǎo)桿的長(zhǎng)度相對(duì)較短，當(dāng)內(nèi)部接頭不良時(shí)，熱能可通過導(dǎo)桿向外傳播，一般表現(xiàn)為導(dǎo)桿部分溫度相對(duì)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(dǎo)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(nèi)的液位可得到正確反應(yīng)，如油枕油位等。 3.2 斷路器 斷路器是變電設(shè)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(duì)來說，斷路器的檢測(cè)受到的干擾要少得多。而多數(shù)斷路器本體簡(jiǎn)潔，故障易于發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)結(jié)果的可靠性較好，準(zhǔn)確度也較高。但是手車柜或GIS斷路器的檢測(cè)就存在很大困難?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中可檢測(cè)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(guān)金屬部位瓷套（少油、SF6）發(fā)熱，可能是動(dòng)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(jìn)線側(cè)溫度達(dá)120℃，出線側(cè)溫度只有45℃，這是因?yàn)榘惭b或檢修時(shí)的疏忽或工藝不良引起。處理后投運(yùn)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(shí)用情況看，國(guó)內(nèi)除了有發(fā)現(xiàn)中低等級(jí)的缺油故障外，未見有更高電壓等級(jí)的檢測(cè)實(shí)例。 3.3 電壓互感器 電壓電感器的負(fù)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(huì)產(chǎn)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(duì)輕度的絕緣缺陷容易被掩蓋過去，而且不同型號(hào)的互感器經(jīng)?；煊?，其損耗水平均不一致，這給檢測(cè)診斷帶來不少的難題。目前這類診斷還在進(jìn)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(dǎo)方面的故障。故障主要表現(xiàn)在接觸過熱方面。在正常運(yùn)行時(shí)，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(shè)備。應(yīng)用中可檢測(cè)的故障類型有： 3.4.1 內(nèi)聯(lián)接不良故障 電流互感器由于其內(nèi)部一次接線較復(fù)雜，又要承受較大的負(fù)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(dǎo)致頂帽整體或局部發(fā)熱。如圖3-1，為110kV勵(lì)處山變＃193CT，其最熱點(diǎn)溫度已達(dá)62℃，檢修時(shí)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(shè)計(jì)成電容芯子。當(dāng)絕緣受潮或出現(xiàn)絕緣缺陷時(shí)，這些油紙介質(zhì)很容易出現(xiàn)損耗增加而使設(shè)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(dǎo)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(shí)擰緊螺絲，投運(yùn)正常。 3.4.4 缺油故障 因制造或檢修工藝疏忽可導(dǎo)致缺漏油。 3.5 電纜頭 在10kV等級(jí)的電纜中，電纜頭的發(fā)熱是一個(gè)十分普遍的問題，它也是導(dǎo)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(dǎo)致絕緣損壞后發(fā)生擊穿的。因此，電纜的熱像檢測(cè)實(shí)際上就是電纜頭部段的檢測(cè)，如圖4為110kV西郊變10kV西郊線0＃桿電纜頭。從省內(nèi)外的應(yīng)用情況看，可檢測(cè)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(shí)，未緊固產(chǎn)生的，接頭過熱向電纜頭傳導(dǎo)，并危及電纜絕緣，若故障發(fā)展至十分嚴(yán)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(nèi)連接壓接不良 故障發(fā)熱點(diǎn)在電纜出線末端附近，同樣會(huì)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(dǎo)，且比電纜本體的溫度還高，但總的溫升值不會(huì)太高，通常這是電纜頭制作工藝不良的結(jié)果。 另外,目前應(yīng)用較成功的主要有避雷器在受潮方面的檢測(cè)；阻波器內(nèi)外接頭不良的故障檢測(cè)；絕緣子污穢所致的發(fā)熱故障和零值或低值故障檢測(cè)；耦合電容器內(nèi)部受潮或絕緣材質(zhì)工藝不良引起的局部或整體發(fā)熱檢測(cè)；隔離開關(guān)觸頭接觸不良等故障檢測(cè)。 　　 4. 電力設(shè)備故障紅外診斷的局限性 應(yīng)該承認(rèn)，任何一種先進(jìn)的技術(shù)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(biāo)定較困難。盡管紅外診斷儀器的測(cè)溫靈敏度很高，但因準(zhǔn)確度受被檢測(cè)表面發(fā)射率及環(huán)境條件的影響較大，很難獲得十分準(zhǔn)確的測(cè)溫結(jié)果。 2）對(duì)于一些不易觀察到的內(nèi)部缺陷，例如：全密封電氣設(shè)備、小車柜開關(guān)、合成絕緣子、線路絕緣子等，或受到對(duì)流或其它干擾熱源影響的異常發(fā)熱故障，大型復(fù)雜的高壓電氣設(shè)備或熱能動(dòng)力設(shè)備內(nèi)部的故障，還難以作出有效的診斷。 3）由于紅外熱成像對(duì)被測(cè)環(huán)境包括環(huán)境溫度，濕度，風(fēng)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?cè)诮窈蟮陌l(fā)展中結(jié)合實(shí)際給預(yù)改進(jìn)！ 5．紅外診斷的發(fā)展 近幾年來，紅外熱像儀在我省變電設(shè)備各方面進(jìn)行了大量應(yīng)用，診斷發(fā)現(xiàn)大量設(shè)備缺陷，其中不乏主設(shè)備方面的嚴(yán)重缺陷，對(duì)降低我省變電設(shè)備故障率起到了良好作用，它在一定程度上彌補(bǔ)了電氣設(shè)備離線試驗(yàn)中所不易或無法發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷的不足，并填補(bǔ)了許多高壓設(shè)備缺少在線監(jiān)測(cè)的空白，尤其在提倡狀態(tài)檢修的發(fā)展形勢(shì)下，熱像診斷已經(jīng)成為電氣設(shè)備從定期檢修向狀態(tài)檢修轉(zhuǎn)變中一個(gè)不可缺少的技術(shù)手段，特別是現(xiàn)在先進(jìn)紅外熱像儀溫度分辨率可達(dá)0.02～0.05℃，空間分辨率可達(dá)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(zhǔn)確性。由于紅外監(jiān)測(cè)方法能夠進(jìn)行大范圍設(shè)備溫度變化的快速實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)掃描，如今已逐步將其運(yùn)用于直升飛機(jī)檢測(cè)輸電線路中的發(fā)熱故障，大大提高檢測(cè)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，紅外檢測(cè)診斷工作在我省電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)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(xiàn)： 1、程玉蘭• 紅外診斷現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用技術(shù)[M] 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.4 2、DL/T 664—1999，帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)