陳忠源 王 博 黨 樂(lè) 祖向東 勤格勒?qǐng)D

淺析紅外測(cè)溫技術(shù)在電網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用

陳忠源1王 博1黨 樂(lè)1祖向東1勤格勒?qǐng)D2

（1. 國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司電力科學(xué)研究院，呼和浩特 010000； 2. 中國(guó)廣東核電集團(tuán)有限公司，廣東深圳 518000）

在電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)紅外測(cè)溫技術(shù)可快速、準(zhǔn)確地對(duì)設(shè)備進(jìn)行缺陷檢測(cè)，對(duì)保障電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行具有重要意義。本文從紅外測(cè)溫技術(shù)的基本概念出發(fā)，結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的紅外檢測(cè)具體案例分析了紅外測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及影響因素，并在此基礎(chǔ)上分析了紅外測(cè)溫的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)。

紅外；檢測(cè)；案例；分析

隨著紅外檢測(cè)理論的持續(xù)發(fā)展，紅外檢測(cè)技術(shù)作為一種高效、便捷的監(jiān)測(cè)手段在電力系統(tǒng)中起到了越來(lái)越重要的作用。與傳統(tǒng)的停電檢測(cè)相比，紅外檢測(cè)具有無(wú)需停電、無(wú)需取樣、可遠(yuǎn)距離進(jìn)行觀測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，在保障電網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行、預(yù)防電力設(shè)備的突發(fā)性事故方面發(fā)揮著非常重要的作 用[1-2]。通過(guò)檢測(cè)運(yùn)行電氣設(shè)備的溫度場(chǎng)，可直接觀測(cè)到設(shè)備是否存在疑似故障，通過(guò)與其他檢測(cè)手段相結(jié)合，便可迅速地判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，保證了電氣設(shè)備的健康運(yùn)行[3-4]。電力系統(tǒng)各級(jí)管理部門的相關(guān)人士對(duì)紅外檢測(cè)工作的重視程度逐漸加深，現(xiàn)已將紅外檢測(cè)作為狀態(tài)檢修工作中的一項(xiàng)重要的試驗(yàn)項(xiàng)目。

1 基本原理

紅外測(cè)溫技術(shù)是一種采用紅外探測(cè)技術(shù)獲取設(shè)備紅外輻射狀態(tài)的基本信息，然后通過(guò)溫度進(jìn)行顯示的技術(shù)。它通過(guò)測(cè)量設(shè)備表面的平均溫度，以溫度的高低來(lái)判斷設(shè)備狀態(tài)。下面本文從紅外輻射的基本定律來(lái)說(shuō)明測(cè)溫的基本原理。紅外線屬于不可見(jiàn)光，但它是廣泛存在的，只要溫度大于絕對(duì)零度的物體，都會(huì)發(fā)出波長(zhǎng)為0.76～1000mm的紅外線。由普朗克黑體輻射定律可知，輻射能量與溫度符合以下關(guān)系，即

由式（1）可以看出，輻射的能量隨溫度的增高而增加。兩側(cè)對(duì)波長(zhǎng)積分后可得

式中，是斯蒂芬-波耳茲曼常數(shù)，=5.6697×W/()。

由式（2）可看出，黑體單位表面積發(fā)射的總輻射功率與開(kāi)氏溫度的四次方成正比，因此，物體的輻射功率會(huì)隨著溫度的微小變化而發(fā)生巨大變化[5]。

2 實(shí)際案例

2.1 案例一

2014年8月某供電公司運(yùn)行人員在紅外成像測(cè)溫巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，變電站內(nèi)10kV母線排C相連接處發(fā)熱，最高溫度點(diǎn)71℃，且與其他兩相溫度差大于20℃，如圖1所示。隨后利用紅外測(cè)溫對(duì)該母線排進(jìn)行了不間斷的跟蹤檢查（每天一次），發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)時(shí)間的平穩(wěn)期后又出現(xiàn)溫度升高趨勢(shì)，最高溫度達(dá)84℃。A、B相最高溫度為46℃，環(huán)境溫度為25℃，如圖2所示。之后結(jié)合停電檢修機(jī)會(huì)對(duì)其進(jìn)行了處理。發(fā)現(xiàn)繞組接線連接板、壓接螺帽、墊片及導(dǎo)電桿絲牙有明顯發(fā)熱燒蝕痕跡。根據(jù)燒傷情況用銼刀對(duì)連接板燒傷處進(jìn)行處理，用砂紙對(duì)壓接螺帽、墊片及導(dǎo)電桿絲牙進(jìn)行打磨。處理后，該相母線排過(guò)熱處恢復(fù)正常。

2.2 案例二

2012年8月某供電公司運(yùn)行人員在紅外成像測(cè)溫巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，變電站內(nèi)某開(kāi)關(guān)B相發(fā)生過(guò)熱情況。經(jīng)測(cè)溫軟件分析最高點(diǎn)溫度達(dá)42℃，與環(huán)境溫度相差為17℃（環(huán)境溫度為25℃），且與其他兩相溫度相差也大于10℃，如圖3所示。之后結(jié)合停電檢修機(jī)會(huì)對(duì)其進(jìn)行了返廠解體。發(fā)現(xiàn)斷路器接線正確、連接牢固，控制回路可正常運(yùn)行，設(shè)備內(nèi)部組件無(wú)老化、損壞等異常情況，但動(dòng)靜觸頭接觸部分有放電現(xiàn)象。廠家對(duì)部件進(jìn)行更換后過(guò)熱現(xiàn)象消失。

2.3 案例三

2013年某供電公司運(yùn)行人員在紅外成像測(cè)溫巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，變電站主變10kV母線絕緣子A相發(fā)生局部發(fā)熱，最高點(diǎn)溫度為44℃，高出其他相約20℃，如圖4所示。懷疑該絕緣子存在發(fā)熱缺陷，后試驗(yàn)人員進(jìn)行了多次持續(xù)跟蹤復(fù)測(cè)，發(fā)熱部位溫度無(wú)明顯變化。結(jié)合停電檢修機(jī)會(huì)對(duì)該絕緣子進(jìn)行觀測(cè)。從外觀看，絕緣子表面光滑、膠裝面完好，可排除外力破壞或膠裝面膨脹應(yīng)力作用造成斷裂的情況。同時(shí)，瓷件、砂、釉、瀝青均無(wú)質(zhì)地不均勻和其他異常現(xiàn)象存在，瓷件、砂以及法蘭通過(guò)化學(xué)成分分析，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均符合相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)絕緣子進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)絕緣子阻值較其他相明顯較低。初步判斷是由于生產(chǎn)過(guò)程中工藝不合格，內(nèi)部存在氣孔或微裂紋，隨運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)瓷質(zhì)老化而發(fā)生的過(guò)熱現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)持續(xù)的觀測(cè)，借停電檢修的機(jī)會(huì)對(duì)該絕緣子進(jìn)行了更換，排除了故障。

2.4 案例四

2015年某供電公司人員在紅外成像測(cè)溫巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，變電站10kV隔離開(kāi)關(guān)B相發(fā)生局部發(fā)熱，最高點(diǎn)溫度為74℃，高出其他相超過(guò)30℃，如圖5所示。懷疑該隔離開(kāi)關(guān)存在發(fā)熱缺陷，隨后利用紅外測(cè)溫對(duì)該隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行了不間斷的跟蹤檢查，發(fā)現(xiàn)該部位溫度無(wú)明顯變化。借停電檢修機(jī)會(huì)對(duì)該隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行了檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)的回路電阻為285mW，明顯高于其他兩項(xiàng)參數(shù)。從外觀看，動(dòng)、靜觸頭接觸部位存在燒損痕跡，附著有黑灰色粉末。懷疑有異物接觸隔離開(kāi)關(guān)表面，在高溫下形成氧化物，導(dǎo)致接觸面面電阻過(guò)大，動(dòng)靜觸頭接觸不良而過(guò)熱。

3 環(huán)境影響及注意事項(xiàng)

1）紅外光在傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)由于大氣的吸收作用有一定程度的衰減，因此，進(jìn)行紅外檢測(cè)工作時(shí)，應(yīng)選擇在相對(duì)濕度不超過(guò)75%且天氣晴朗的環(huán)境下進(jìn)行。

2）在陽(yáng)光直射或強(qiáng)烈燈光照射下，光線的反射和漫反射與紅外檢測(cè)設(shè)備的波長(zhǎng)部分存在重疊區(qū)域，可能會(huì)影響紅外測(cè)溫儀的檢測(cè)結(jié)果，造成測(cè)量誤差。因此，紅外檢測(cè)工作最好選擇在夜晚、或陰天的環(huán)境下進(jìn)行（最好在日落后2h及日出前2h之間），在白天要避免陽(yáng)光直接照射。另外，在條件允許的情況下，最好不要開(kāi)啟變電站內(nèi)的夜間場(chǎng)地?zé)簟?/p>

3）當(dāng)進(jìn)行戶外檢測(cè)時(shí)，空氣的流動(dòng)會(huì)影響設(shè)備表面的散熱，缺陷設(shè)備的熱量會(huì)被風(fēng)力加速散發(fā)，物體表面的溫度不足以說(shuō)明設(shè)備的發(fā)熱情況，因此應(yīng)盡量選擇在無(wú)風(fēng)或風(fēng)力較弱的天氣下進(jìn)行紅外檢測(cè)。

4）紅外測(cè)溫設(shè)備與被試設(shè)備的角度對(duì)結(jié)果也會(huì)造成影響，因此，應(yīng)從多角度進(jìn)行檢測(cè)，在需要進(jìn)行復(fù)測(cè)的情況下，應(yīng)記錄檢測(cè)位置，以便下次在同樣位置進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)，還應(yīng)注意鄰近物體對(duì)被試設(shè)備的熱輻射，選取正確的測(cè)量角度或設(shè)置屏蔽 措施。

5）檢測(cè)距離對(duì)紅外診斷也是有影響的，紅外輻射會(huì)隨著檢測(cè)距離的增加而逐漸衰減。另外，紅外檢測(cè)設(shè)備只有在適當(dāng)?shù)木嚯x成像效果才能達(dá)到最 好[6-7]。因此，在進(jìn)行紅外檢測(cè)時(shí)，試驗(yàn)人員應(yīng)選擇合適的距離進(jìn)行檢測(cè)。

6）不同性質(zhì)的材料對(duì)輻射的吸收或反射性能各異，同時(shí)受到物體的表面光滑度等原因影響，不同設(shè)備的發(fā)射率是有較大差異的。因此，在測(cè)量之前，對(duì)不同設(shè)備進(jìn)行紅外檢測(cè)時(shí)應(yīng)選擇合適的發(fā)射率。在電力系統(tǒng)，對(duì)帶電設(shè)備進(jìn)行精確的診斷時(shí)，金屬導(dǎo)線及金屬連接部位的發(fā)射率應(yīng)為0.9，瓷套類設(shè)備應(yīng)為0.92，金屬設(shè)備帶漆部位應(yīng)為0.9[8]。

7）部分故障設(shè)備的過(guò)熱情況隨著設(shè)備負(fù)荷的增大而增大。因此，在紅外測(cè)試時(shí)，應(yīng)詳細(xì)記錄被試設(shè)備的負(fù)荷情況，尤其是在設(shè)備負(fù)荷高峰的情況下更能反映設(shè)備是否具有缺陷。

8）大氣中的塵埃、漂浮物及懸浮顆粒對(duì)紅外檢測(cè)設(shè)備的正常工作也有非常大的影響。因此，紅外測(cè)溫工作應(yīng)在空氣晴朗的無(wú)塵、無(wú)漂浮物的環(huán)境中進(jìn)行。

4 結(jié)論

應(yīng)用紅外診斷技術(shù)能夠非常有效地診斷高壓電氣設(shè)備和線路的過(guò)熱故障。該方法檢測(cè)時(shí)間短，無(wú)需觸碰帶電部分，安全可靠。與傳統(tǒng)的預(yù)防性試驗(yàn)相比，不但不受是否停電的限制，而且可以清楚地顯示故障的嚴(yán)重程度和故障部位，更能有效地檢測(cè)出在不同運(yùn)行負(fù)荷下設(shè)備的缺陷[9-10]。實(shí)踐證明，電力系統(tǒng)的許多設(shè)備事故最初都是由異常發(fā)熱開(kāi)始的[11-12]，而紅外測(cè)溫技術(shù)可以通過(guò)被試設(shè)備的發(fā)熱程度來(lái)判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況，為設(shè)備的檢修提供有效支撐[13-15]。目前，隨著紅外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展，已開(kāi)發(fā)出自動(dòng)巡測(cè)的紅外在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)溫度異常自動(dòng)報(bào)警，自動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備熱圖，極大地提高了工作效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)紅外熱像圖如圖6所示。

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Application of Infrared Temperature Measurement Technology in Power System

Chen Zhongyuan1Wang Bo1Dang Le1Zu Xiangdong1Qinge Letu2

(1. State Grid East Inner Mongolia Electric Power Research Institute, Hohehot 010000; 2. China Guangdong Nuclear Power Corporation, Shenzhen, Guangdong 518000)

In the process of power system operation, it is very important to detect the defects quickly and accurately by infrared temperature measurement technology. This paper from the basic concept of infrared temperature measurement technology, combined with the specific case of infrared detection of power grid operation process analysis of the factors affecting the application superiority and the infrared temperature measurement technology, and based on the analysis of the status quo and development trend of infrared temperature measurement.

infrared; testing; case; analysis

陳忠源（1969-），男，黑龍江省齊齊哈爾市人，碩士，工程師，主要從事高電壓絕緣技術(shù)分析相關(guān)工作。