段瑋楠，劉曉飛，王 琪

（1.山西大學(xué)，山西 太原 030006；國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

基于紅外影像評(píng)價(jià)體系的典型案例分析

段瑋楠1，劉曉飛2，王 琪2

（1.山西大學(xué)，山西 太原 030006；國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

目前,紅外診斷設(shè)備精度較高且在電力系統(tǒng)中應(yīng)用普遍，每年都會(huì)新增大量的紅外診斷圖譜，但紅外診斷技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還存在缺陷，沒(méi)有形成一套完整的電力設(shè)備狀態(tài)紅外評(píng)價(jià)體系。結(jié)合現(xiàn)有的紅外管理和技術(shù)規(guī)范，建立了全省的紅外圖譜數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，把長(zhǎng)期以來(lái)積累的紅外熱成像方法、判定評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)有序組織，形成了一套完整的輸變電設(shè)備紅外影像評(píng)價(jià)體系，并在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中成功應(yīng)用。

紅外圖譜；評(píng)價(jià)體系；油枕缺油；環(huán)流致熱

電力企業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)開(kāi)展的以時(shí)間周期為基礎(chǔ)的定期試驗(yàn)、檢修制度，已不能適應(yīng)現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行需要。從定期檢修過(guò)渡到帶電設(shè)備狀態(tài)檢修，是電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)[1-2]。

紅外診斷技術(shù)作為帶電檢測(cè)的重要組成部分，已廣泛應(yīng)用于電力生產(chǎn)實(shí)踐。通過(guò)紅外診斷技術(shù)可以準(zhǔn)確地獲取帶電設(shè)備的溫度等狀態(tài)，并且對(duì)被測(cè)物形成清晰的影像[3]。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備過(guò)熱性缺陷或者潛故障狀態(tài)，是預(yù)防事故、開(kāi)展帶電設(shè)備狀態(tài)檢修及評(píng)價(jià)的有效依據(jù)。目前紅外診斷的工作量、重要性都已經(jīng)顯著提高，但紅外數(shù)據(jù)管理混亂，且缺乏統(tǒng)一的管理和分析平臺(tái)，難以實(shí)現(xiàn)資源的共享[4-6]；缺乏有效的紅外診斷評(píng)價(jià)方法，依據(jù)圖譜特征不能找到發(fā)熱的原因，制定不出合理的檢修策略。

1 帶電設(shè)備紅外影像評(píng)價(jià)體系

帶電設(shè)備紅外影像評(píng)價(jià)體系是一種規(guī)范化、體系化的分析手段，以帶電設(shè)備狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)為出發(fā)點(diǎn)，重點(diǎn)研究了紅外影像技術(shù)，建立了紅外影像圖譜庫(kù)，給出了紅外影像的分析評(píng)價(jià)方法和設(shè)備狀態(tài)紅外評(píng)價(jià)指標(biāo)，最終形成一套完整的輸變電設(shè)備狀態(tài)紅外影像評(píng)價(jià)體系（見(jiàn)圖1）。

圖1 帶電設(shè)備紅外影像評(píng)價(jià)體系圖

專業(yè)人員在紅外拍攝技術(shù)和操作規(guī)程的要求下操作紅外拍攝儀器拍攝到運(yùn)行設(shè)備紅外圖；將其上傳到紅外源圖譜庫(kù)中，同時(shí)對(duì)上傳的紅外圖譜按所屬的設(shè)備類型進(jìn)行分類。對(duì)紅外圖譜經(jīng)過(guò)預(yù)處理，去掉一些分析時(shí)不需要的部分（如數(shù)字、邊框等），之后就可以采用針對(duì)于每一類設(shè)備的評(píng)價(jià)方法來(lái)進(jìn)行分析，篩選出缺陷設(shè)備紅外圖譜，并依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)給出設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果，經(jīng)過(guò)專業(yè)人員認(rèn)定后，可以作為設(shè)備的檢修判斷依據(jù)。同時(shí)，缺陷圖譜也可作為紅外拍攝操作規(guī)范的典型案例，并對(duì)紅外拍攝技術(shù)和操作規(guī)范的完善提供指導(dǎo)。

2 硬件技術(shù)條件

硬件技術(shù)方案主要是指充分利用現(xiàn)有技術(shù)，為紅外影像診斷工作提供硬件平臺(tái)，這是構(gòu)成評(píng)價(jià)體系的物理層。包括如下幾點(diǎn)。

a）測(cè)量工具。在滿足紅外圖譜技術(shù)條件的情況下，選取性能可靠的紅外成像儀。同時(shí)，為了提高設(shè)備的利用率和地區(qū)覆蓋率，在不同地區(qū)建立合理的測(cè)量工具配給方式。采取高端測(cè)量工具覆蓋“點(diǎn)”、普通測(cè)量工具覆蓋“面”的原則進(jìn)行配備。

b）數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)。采用電力公司局域網(wǎng)、公用網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等形式進(jìn)行紅外影像的傳輸。

c）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問(wèn)。由于山西全網(wǎng)設(shè)備數(shù)量多，同時(shí)隨著今后電網(wǎng)及設(shè)備的升級(jí)改造和紅外診斷工作的進(jìn)一步開(kāi)展，高質(zhì)量的圖像對(duì)存儲(chǔ)量的要求較大。為了保證數(shù)據(jù)的安全可靠，采用了雙機(jī)并架的方式。在訪問(wèn)方面，則采用B2C的方式，方便人員對(duì)源圖譜的訪問(wèn)。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

3.1 35 kV東郊站2號(hào)主變油枕缺油實(shí)例分析

案例情況：在35 kV東郊變電站迎峰度冬檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)2號(hào)主變油位計(jì)無(wú)油位指示，初步認(rèn)定為主變油枕缺油，為確定缺陷性質(zhì)對(duì)其進(jìn)行了紅外診斷。

在35 kV東郊站補(bǔ)油前的2號(hào)變油枕上選取3條垂直線段進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)油枕溫度值呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)，分析可能原因?yàn)槿庇陀驼韮?nèi)熱容量小，受主變本身熱輻射及外部環(huán)境影響大，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)只要絕緣油的1/4，所以溫度值始終呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)（見(jiàn)圖2、圖3）。

圖2 補(bǔ)油前油枕紅外圖譜（℃）

圖3 補(bǔ)油前油枕圖譜垂線溫度分析圖

按照電力設(shè)備紅外影像評(píng)價(jià)方法中判斷油位的方法——垂線溫度判斷法。當(dāng)發(fā)現(xiàn)變壓器油枕紅外圖譜溫度分層與油位計(jì)顯示油位不一致時(shí)，對(duì)圖譜進(jìn)行“垂線溫度坐標(biāo)”分析，溫度曲線無(wú)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，判定為油枕缺油，應(yīng)立即進(jìn)行停電處理。

停電后對(duì)缺油變壓器進(jìn)行補(bǔ)油，補(bǔ)油后對(duì)油枕油位進(jìn)行了可見(jiàn)光和紅外圖譜診斷并分析，分析結(jié)果如下。

補(bǔ)油后2號(hào)主變油枕溫度值在溫度分層線以下基本趨于一致。按照評(píng)價(jià)體系中的油枕油位判別法，對(duì)相關(guān)紅外圖譜進(jìn)行了進(jìn)一步分析（見(jiàn)圖4）。

圖4 補(bǔ)油后油枕圖譜垂線溫度分析圖

通過(guò)評(píng)價(jià)體系中的垂直溫度坐標(biāo)法判斷，在補(bǔ)油后的2號(hào)主變油枕紅外圖譜上選取3條垂直線段進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)油枕溫度在40點(diǎn)以后呈現(xiàn)基本穩(wěn)定狀態(tài)。這是由于充油油枕熱容量大，同時(shí)油的自身循環(huán)，有油部分的溫度保持穩(wěn)定。

3.2 220 kV冶峪變電站1號(hào)主變壓器箱沿大蓋螺絲發(fā)熱實(shí)例分析

通過(guò)紅外影像面積分析法可知設(shè)備存在熱缺陷，從影像可得出熱點(diǎn)溫度為49.2℃，正常相溫度28.2℃，溫差為21 K（見(jiàn)圖5）。

該主變出廠日期為1998年，經(jīng)與廠家溝通，當(dāng)時(shí)未安裝磁屏蔽。結(jié)合一般分析法的圖像特征，判斷該發(fā)熱根本原因?yàn)槁┐乓鸬碾姶胖聼?。進(jìn)一步分析造成該發(fā)熱的直接原因，主要有兩種可能，一是渦流型，二是環(huán)流型。

圖5 1號(hào)主變紅外圖譜

渦流型，主要是由于漏磁通過(guò)螺絲，局部磁密度較大，產(chǎn)生渦流發(fā)熱。該缺陷可以通過(guò)更換非磁性的螺絲，減弱致熱。但現(xiàn)場(chǎng)將該螺絲更換為非磁性不銹鋼螺絲后，仍然發(fā)熱，溫度高達(dá)49.8℃，致熱現(xiàn)狀未發(fā)生變化，排除渦流原因。

環(huán)流型，主要是大容量變壓器在漏磁場(chǎng)中，因上下箱沿磁密不同產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)存在電位差，從而通過(guò)金屬導(dǎo)體產(chǎn)生電流，通過(guò)進(jìn)一步使用鉗形電流表測(cè)試，發(fā)現(xiàn)電流為165.6 A。

結(jié)論：判定為環(huán)流原因致熱，由于箱沿大蓋螺絲發(fā)熱，可能會(huì)引起主變密封墊局部老化，從而導(dǎo)致漏油或油溫升高等原因，經(jīng)過(guò)油色譜分析及近兩年色譜數(shù)據(jù)，無(wú)異常增長(zhǎng)，結(jié)合評(píng)價(jià)體系中的評(píng)價(jià)指標(biāo)和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，判定為一般缺陷。

處理方法：將箱沿與螺絲絕緣。即通過(guò)加裝絕緣墊（石棉、環(huán)氧樹(shù)脂等），切斷電流通路。對(duì)于此類缺陷應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，結(jié)合大修，進(jìn)行檢查，必要時(shí)安裝磁屏蔽?；谠搶氋F經(jīng)驗(yàn)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的其他主變箱沿大蓋螺絲針對(duì)不同原因進(jìn)行了相應(yīng)處理。將紅外診斷作為新投主變檢測(cè)基本項(xiàng)目之一（見(jiàn)圖6）。

圖6 修復(fù)后主變紅外圖譜

4 結(jié)語(yǔ)

完整的紅外影像評(píng)價(jià)體系可以準(zhǔn)確快速地對(duì)所拍攝的紅外源圖譜進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)垂線分析法、綜合分析法等方法篩選確定出典型圖譜，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行了狀態(tài)評(píng)價(jià)，最后對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行了檢查或解體驗(yàn)證，并指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐。為了使評(píng)價(jià)方法更有針對(duì)性，評(píng)價(jià)結(jié)果更加有效，下一步可繼續(xù)深入評(píng)價(jià)方法體系研究，根據(jù)設(shè)備類型、故障類型、溫度梯度等多項(xiàng)指標(biāo)適當(dāng)加入人工干預(yù)對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行校正。

［1］ 邵進(jìn)，胡武炎.紅外熱成像技術(shù)在電力設(shè)備狀態(tài)檢修中的應(yīng)用［J］.高壓電器，2013（1）：54-57.

［2］ 黃繼來(lái)，陳成偉.紅外測(cè)溫和局部放電檢測(cè)的有效性分析［J］.電工研究，2012（10）：20-24.

［3］ 李卉.紅外檢測(cè)技術(shù)在電氣設(shè)備中的應(yīng)用研究［J］.電子世界，2013（18）：17-22.

［4］ 金海，吳依群，曾東.基于PMS系統(tǒng)的輸變電紅外圖譜庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.電力信息化，2013，37（4）：40-41.

［5］ 李亞峰，王純.紅外攝像技術(shù)及輸變電紅外圖譜數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的建立［J］.電力信息與通信，2012（01）：27-31.

［6］ 魏桂蘭，陳臨.變電設(shè)備典型故障紅外檢測(cè)圖譜庫(kù)［J］.科技風(fēng)，2011（04）：10-11.

Typical Case Analysis Based on Infrared Imaging Evaluation System

DUANW einan1，LIU Xiaofei2，WANG Qi2
（1.Shanxi University，Taiyuan，Shanxi 030006，China；2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Infrared diagnosis technology continues to get remarkable achievement in status and faultdetection of power equipment. Via infrared diagnosis,the real-time operating status of the equipment can be detected without power cut.Currently infrared diagnostic equipmenthaswidespread application in the power system,and a large numberof infrared spectrawillbemadeevery year,but the existing infrared diagnostic technology is also defective in practice,and none complete infrared evaluation system was established.Combined with theexisting infraredmanagementand technicalspecification,an IR spectra data-sharingplatform wasestablished in Shanxiprovince.The infrared thermal imagingmethods,evaluation experience and judgment knowledge were organised to have formed a complete infrared imagingevaluation system,andwassuccessfullyapplied in the test.

infrared spectra；evaluation system；oil-starving pillow；circulation-led heating

TN219；TM83

A

1671-0320（2015）02-0034-03

2014-12-03，

2015-02-16

段瑋楠（1993），女，山西太原人，2012年入學(xué)山西大學(xué)電力工程系電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)；

劉曉飛（1988），男，山西懷仁人，2012年畢業(yè)于武漢大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，碩士，助理工程師，從事電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制研究工作；

王 琪（1976），男，山西太原人，1998年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電氣技術(shù)專業(yè)，碩士，高級(jí)工程師，從事電力設(shè)備試驗(yàn)、輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修工作。