红外诊断技术在电网的几种典型应用
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【摘 要】红外技术是随着近代光电子技术发展而产生的一个崭新的技术领域。近年来，红诊断技术被运用到各领域中，并取得了显著的效果。电力设备红外检测技术具有远距离、不接触、准确、实时、快速等特点，能够在不停电、不取样、不解体的情况下快速实时地诊断电力设备的大部分故障，可作为电力设备状态检测的一种很好的手段。红外诊断技术采用被动式检测，简单方便，实现大面积快速扫描成像，有效地促进智能化诊断发展。本文主要分析了红外诊断的原理、特点，并探讨了红外诊断技术在电网的几种典型应用。有不对之处，请批评指正。
【关键词】红外诊断技术；电网；原理；应用
红外技术是一门综合性的科学技术，它是现代物理学和无线电电子学的重要分支。红外诊断技术能快速实时地在线监测和诊断电力设备的大多数故障，防止电气设备损坏和由于这些设备损坏而导致的电网大面积停电事故发生。近年来，红外诊断技术越来越多地用于设备状态监测和故障诊断中，并获得了良好效果。笔者结合实际经验，分析了红外诊断技术在电接触不良过热，绝缘劣化过热和涡流引起过热中的应用要点，并探讨了其应用过程中存在的问题与发展趋势。抛砖引玉，以期为促进电网稳定、安全的運行尽上绵薄之力。
1红外诊断技术的基本原理
在电力系统中，许多电气设备和热能动力设备故障都是以设备相关部位的温度或热状态变化为征兆表现出来的，与其相应的红外辐射能量可由红外热像仪进行检测，由于不同的温度及温度变化，物体发射的红外辐射能量有很大的差异，二者之间存在着一个对应关系，而根据热传导规律，物体表面温度完全取决于物体内部的结构，物体材料的热物理性能，内部的热扩散以及表面与外界环境的热交换。因此分析处理红外热像仪的记录结果，结合一定的数学处理和计算，就可以“透视”物体内部温度场，从而获得与此相关的其他信息，以对各种热设备是否正常工作，是否存在事故隐患以及程度如何作出定性分析和定量诊断。这就是电力设备故障红外热诊断的基本原理。
2红外诊断的技术特点
与传统的预防性试验和离线诊断相比，红外诊断方法具有以下的技术特点：
（1）不接触、不停运、不取样、不解体。红外诊断方法是一种遥感诊断方法，在检测过程中，始终不需要与运行设备直接接触，不需要像色谱分析那样进行取样，也不需要像预防性试验那样进行设备解体或接触式测试。（2）采用被动式检测，简单方便。红外检测基于探测运行设备自身发射的红外辐射能量，不需要像超声波或X射线无损检测那样另备辅助信号源，也不需要像常规预防性试验那样的各类检测装置，具有诊断手段单一、操作方便的特点。（3）可实现大面积快速扫描成像，状态显示快捷、灵敏、形象、直观，检测效率高，劳动强度低。红外诊断适用面广，效益/投资比高。（4）易于进行计算机分析，促进向智能化诊断发展。（5）有利于实现电力设备的状态管理和向状态维修体制的过渡。
3红外诊断技术在电网的几种典型应用
3.1电接触不良过热
红外能直观观察的电接触点过热一般位于套管柱头与导线连接处、导线T接位接头和隔离开关触头等金属连接部位。
导体与导体之间形成电接触时，根据发热功率P=I2R（I为负荷电流，R为接触电阻）可知，接触电阻越大发热越严重。接触电阻大小与接触压力、导体材料和导体表面几何尺寸及锈蚀程度有关。如果电接触出现松动或者电接触部位发生锈蚀等现象均会导致发热异常。通过红外测温能直观的发现这类缺陷，从而可以进行有针对性的处理如重新紧固接触点、更换触头元件和清除脏污锈蚀表面等。
3.2绝缘劣化过热
绝缘劣化主要是内绝缘劣化致介损升高，外绝缘劣化致表面泄漏电流增加。介损升高和泄露电流增加均会引起电力设备发热功率增加，结果是设备表面温度升高。通过红外测温捕捉异常温升，能够初步预断运行设备存在缺陷。具体缺陷产生的原因还需要结合其他电气和化学试验进行综合判断，如介损超标、油品不合格、匝间短路、局部放电等因素。
运维人员发现500kVCVT出线端板异常发热，经拆盖后发现里面有积水现象。在潮湿的环境中，中间变部位发生介损上升、绝缘电阻下降严重的现象。由于绝缘劣化导致了其发热严重，红外热像仪捕捉了这一现象，为进一步进行故障排查提供了直观的依据。事后分析发现受潮原因是由于出线端板设计不合理导致雨水渗入。设计不合理很有可能出现家族性缺陷，然后对电网此设备厂家的500kVCVT进行了全面排查。排查过程中发现近一半运行中的此厂家生产的500kVCVT绝缘电阻严重降低、介损值严重偏高，对于绝缘劣化严重的无法加压测量介损值。最后对这个厂家的此类产品进行了全面整改，直至绝缘水平合格，密封性达标。红外测试诊断对这一起影响范围较大重大缺陷的发现起到了至关重要的作用。
穿墙套管下截表面温度发热异常。发热的原因有两种可能：一种可能是套管内绝缘即油纸绝缘劣化导致介损超标，绝缘电阻下降，泄漏电流增加引起发热；另一种可能是表面脏污潮湿，外绝缘水平降低，导致表面泄漏电流增加引起发热。这种情况的处理办法一般是先将表面瓷套冲刷干净，然后进行红外测温，如果合格，表明就是表面脏污潮湿引起外绝缘水平下降；如果红外测温结果依然是发热异常，表明可能是内绝缘水平下降。则需要进一步诊断内绝缘状态，包括介损测量、绝缘电阻测量等。
3.3涡流引起过热
套管导电杆、主变绕组、CT导电杆等传导交流电流的导体在周围会产生时变磁场，在磁场中的导磁材料会产生涡流现象。当传导电流较大时，涡流损耗严重，引发铁磁材料发热加剧，引起过热。
某110kV主变变低套管升高座温度最高达122摄氏度，严重过热。初步判断为涡流引起升高座发热。变低的电流一般为2kA左右，在套管周围产生比较大的磁场环境，导磁材料在强磁场下形成的涡流损耗功率较大，因而会引起发热现象。此后联系变压器生产厂家进行讨论，再一次验证了升高座所用材料含有导磁成分的材质偏多，造成面板部分导磁，运行时在面板上形成涡流。一般此类部件应该选用采用高纯度的低磁钢板或无磁钢板。
分析缺陷产生的原因后对缺陷进行处理，处理方法为将原来的导磁面板进行断磁。将磁质材料中间切割一条带口，阻断了导磁的磁路，从而消除了涡流产生的条件。之后将无磁材料面板覆盖到原来的面板上，进行重压使新面板与原面板无间隙压接，并进行焊接打磨等一系列处理，完成消缺任务。
4红外诊断技术在电网应用存在的问题与展望
尽管红外热诊断具有传统检测不可比拟的优点和适用范围，但也存在着一些亟待解决的问题。目前，虽然研究了一些类型设备在一定条件下的红外热诊断方法，但对于红外热诊断的基础理论核心问题———导热反问题的研究仍然远不能满足红外热诊断的需求，这是制约红外热诊断技术发展的一个主要问题。其次，红外热诊断内部缺陷主要还处于理论研究和实验室研究阶段。从红外热诊断的发展过程可以看出，红外热诊断已经从简易的外部诊断向难度大的内部诊断进行过渡，随着导热反问题研究的深入和高速、大内存计算机与数值计算方法的进一步发展，红外热诊断技术必将更加成熟、更加广泛适用。
参考文献：
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[3]红外诊断技术在设备状态检修中的应用[J].赵国华.中国科技信息.2010（24）
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[5]红外热像仪的原理及其在电气设备检测中的应用[J].夏杰.硅谷.2012（10）
（作者单位：国网晋中供电公司）
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