洪 政

（廣東電網有限責任公司陽江供電局，廣東 陽江 529500）

1 熱成像儀技術分析

1.1 熱成像儀檢測技術

紅外熱像儀利用紅外探測器、光學成像物鏡和光機的掃描系統(tǒng)，將接收到的檢測目標的紅外輻射以分布圖的形式反映到紅外探測器的光敏元件中。在紅外探測器和光學系統(tǒng)之間，利用光機掃描元件掃描被測量物體的紅外熱像，同時在分光探測單元上聚焦，由探測器將紅外輻射能以電信號的形式轉換和放大，轉換成標準的視頻信號后反映到電視屏幕，形成紅外熱像圖。這種熱像圖與物體表面熱分布相對應。IRI-100D2型便攜式熱成像儀如圖1所示。

圖1 IRI-100D2型便攜式熱成像儀

1.2 配電設備發(fā)熱缺陷的特點

如果運行中的帶電導體或連接部位有缺陷，在電流的作用下會發(fā)熱，各種致熱效應將引起設備發(fā)熱，故障部位的溫度將高于非故障部位。正常情況下不一定影響設備的安全運行，但當環(huán)境發(fā)生某些變化時，致熱效應異?？赡軙е略O備出現缺陷或故障[1]。

設備外部缺陷發(fā)熱的情況有多種：（1）刀閘或開關接線端與導線連接處長期裸露在空氣中，受到水分、腐蝕性氣體以及其他物資的侵蝕，連接處的接觸面形成氧化膜，導致接觸電阻變大，接觸不良發(fā)熱；（2）導線在外力的作用下擺動，因電流變化引起熱脹冷縮，造成連接螺絲松動，收縮電阻變大導致發(fā)熱；（3）銅鋁接頭未使用銅鋁過渡連接導致接觸面不平，或者檢修試驗時造成接觸面污穢，導致接觸電阻過大；（4）刀閘未合到位導致觸頭間接觸電阻過大；（5）由于外力或機械應力造成配網電力設備金屬器件斷裂而發(fā)熱；（6）運行方式變化造成負荷電流短時間內變大，接頭溫度急劇升高。

雖然設備的內部缺陷難以被直接觀察，且出現概率較低，但是其導致的后果往往非常嚴重。設備內部缺陷一般由于設計、制造、運輸和設備老化等原因造成。設備動態(tài)變化緩慢，要準確判斷設備內部缺陷，必須深入了解各個設備的熱象特征。比如避雷器，其單節(jié)溫度偏高或偏低時都可能是發(fā)生了故障。對于多節(jié)組合的避雷器，溫度不是從上到下逐漸降低的一般為故障。比如電纜頭，內部導體接觸不良導致發(fā)熱。設備內部缺陷導致的發(fā)熱過程一般比較穩(wěn)定且時間較長，只有綜合分析設備的熱場分布，才能準確判斷其運行狀態(tài)。

帶電設備熱成像儀檢測技術中，需要掌握配電線路相關設備在正常運行狀態(tài)下的發(fā)熱規(guī)律，結合設備的結構和熱能傳導的途徑，根據設備在缺陷或故障狀態(tài)的溫升情況，基于紅外診斷技術判斷設備故障。

1.3 熱成像儀故障診斷方法和依據

應用熱成像儀診斷配電設備的缺陷時，由于氣象條件、環(huán)境溫度和負荷電流等因素會對現場測溫造成影響，因此應采取多種方法綜合判斷，提高設備缺陷診斷的準確性。

第一，表面溫度判定。將所測設備的表面溫度與有關規(guī)定對照，但凡溫度或溫升比標準高，就可以依照設備的溫度、設備的重要程度、設備的負荷情況以及所能承受的機械應力值確定設備的缺陷。對于小負荷之下的溫度抄表或者機械應力比較大的設備，應采用從嚴定性的原則。

第二，相對溫差的判定方法。對于有電流致熱的設備，若發(fā)現其導流部分的熱態(tài)分布存在異常，則應測定溫度，計算相對溫差，按照規(guī)定判定設備缺陷（如表1所示）。當熱點溫度值＜10 K時，表1中的規(guī)定便不再適用于判定設備缺陷。對符合率小、溫度升高較小和溫差較大的設備而言，若符合率改變，則可以增大符合電流后再重復測試，以準確判斷設備缺陷。如果不能復測，可以暫且將其定性為一般缺陷，并進行密切監(jiān)視。

表1 部分電流致熱型設備的相對溫差判據

第三，同類對比法。同一電氣回路中，當三相電流對稱和三相設備相同時，比較三相電流致熱型設備對應部位的溫升值，判斷設備是否正常。若三相設備同時出現異常，則與同回路的同類設備比較。對于型號及規(guī)格均相同的電壓致熱設備，可以根據其對應溫升判斷設備狀態(tài)，電壓致熱設備缺陷也可以參照溫升或溫差進行判斷。一般情況下，對于電壓致熱的設備，當同類溫差超過允許溫升值的30%時，視為重大缺陷。

第四，熱譜圖分析。以同類設備正常和異常狀況下的圖譜差別，判斷設備是否處于正常狀態(tài)。

第五，檔案分析法。分析同一設備不同時期的相對溫度、溫升、溫差以及熱譜等數據，判定設備致熱參數的趨勢及變化，進而判斷設備狀態(tài)。

2 熱成像儀查找故障應用舉例

2.1 避雷器故障查找舉例

10kV朗仔線（架空線）遇到雨天就跳閘，雨后搖測線路絕緣值為0.5 MΩ，但巡視時未發(fā)現明顯故障（如圖2所示），這種情況一直困擾供電所。正常狀態(tài)下，避雷器的熱像特征為整體輕微發(fā)熱，靠近上部的溫度略高，多節(jié)組合從上到下各節(jié)溫度遞減，三相溫度差異基本一致[2]。

圖2 10kV朗仔線下蘇支線下蘇公變（臺架）避雷器隱患熱圖像

由圖2可知，蘇公變（臺架）避雷器整個瓷套出現不均勻的熱圖像。用同類比較法判別三相避雷器溫度，B相避雷器溫度明顯高于A相和C相，初步判定B相避雷器存在異常。B相避雷器缺陷部位的溫度比正常避雷器的溫度明顯偏高，呈現了故障狀態(tài)時的熱像特征。經過檢修試驗發(fā)現，該避雷器內部閥片受潮導致發(fā)熱故障。由于避雷器受潮后會增強電導性能，增大阻性電流，從而導致發(fā)熱。因為故障避雷器的溫升不一定明顯，所以測溫時應選擇鄰近支柱絕緣子的瓷質部分作為參考物，便于觀察故障處的發(fā)熱情況[3]。

根據DL/T664-2008《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》中無間隙金屬氧化物避雷器的紅外診斷溫升參考值（如表2所示），可以采用表面溫度判別法判斷B相避雷器是否出現異常[4]。

有間隙金屬氧化物避雷器正常時，整體溫度與環(huán)境溫度基本相同，凡出現整體或局部發(fā)熱均屬異常。允許溫升值大時，適用于室內設備；允許溫升值小時，適用于無風條件下的室外設備。

表2 金屬氧化物避雷器允許的相間溫差及最大工作溫升參考值

2.2 絕緣子故障查找舉例

配電線路中絕緣子缺陷最難查找。當線路出現絕緣電阻較低，而絕緣子未被完全擊穿時（此時線路常在濕度較大時跳閘），往往需要進行分段線路排查，甚至逐個登桿檢查。這種排查方法需要耗費大量人力和時間。10kV聯民線在下雨季節(jié)經常跳閘，經巡視未發(fā)現明顯故障點，但搖測線路絕緣值為0.5 MΩ左右。利用紅外成像儀檢測發(fā)現，10kV聯民線大同支線32號桿絕緣子存在異常，如圖3所示。

圖3 10kV聯民線大同支線32號桿絕緣子隱患熱圖像

由圖3可知，采用同類比較法判別，B相耐張絕緣子串溫度明顯高于A相和C相。B相耐張絕緣子串中，第一個絕緣子的溫度高于第二個絕緣子。利用搖表檢測B相絕緣子發(fā)現，絕緣值低于標準要求（出現裂紋或絕緣釉面損壞等）。當雨天空氣濕度較大時，線路絕緣爬距不足導致線路跳閘，久而久之，絕緣子會被擊穿。

2.3 導線連接部位缺陷查找舉例

當連接部位接觸電阻過大時，額定電流下也會出現局部過熱的情況，甚至超過設備所允許的最高溫度值。其中，刀閘接頭、開關接頭和導線接續(xù)（跳線）出現發(fā)熱故障的情況最為常見。若設備連接處溫度明顯偏高，會呈現故障狀態(tài)時的熱像特征。10kV圩鎮(zhèn)線F04線路紙廠側公變用戶反映電壓不穩(wěn)定，日光燈時亮時暗。利用熱成像儀檢測低壓線路接頭發(fā)現，變壓器低壓C相跳線處明顯高壓其他兩相，最高溫度為66℃[5]，如圖4所示。

圖4 10kV圩鎮(zhèn)線F04線路紙廠側公變低壓導線跳線隱患熱圖像

解開跳線處絕緣套發(fā)現，導線跳線線夾不匹配，導線連接不緊密。低壓導線接續(xù)（跳線）處多有絕緣套包裹，出現發(fā)熱情況難以發(fā)現。如果未及時發(fā)現，就會造成斷線，危及過往車輛和行人的安全。若10kV高壓導線接續(xù)（跳線）出現類似問題，且距離較高，也難以發(fā)現[6]。

通過熱成像儀檢測設備的溫度，采用表面溫度判斷法、表面溫差判斷法等判斷設備異常，能快速判斷線路故障，縮短故障排除時間，提高工作效率，減少停電時間。日常巡視中應用熱成像儀檢測設備，找出有隱患或缺陷的設備，確定其缺陷等級，為檢修等提供科學依據[7]。

3 結 論

實踐證明，判斷配電設備缺陷的過程中，要充分發(fā)揮熱成像儀的作用，重點檢測配電線路的絕緣子、避雷器、電纜中間接頭和導線接續(xù)等，提高巡視質量，縮短設備缺陷排除時間。同時，建立紅外數據庫，監(jiān)控設備運行狀況，彌補預防性試驗的不足。

建議如下：（1）檢測正常運行的設備時，應結合檢測、預試前進行普測，存在高溫和高負荷等特殊情況時特殊巡測的理念，準確、及時檢查并處理配電設備中的故障，避免出現停電故障[8]；（2）對于重點配電設備，應遵循每年檢測的原則；（3）對于運行環(huán)境惡劣、陳舊的設備，若存在大負荷運行和改變運行方式時，應相應增加檢測次數；（4）對于新建或者擴建的電氣設備，應在投入使用的一個月內進行第一次檢測，且第一次檢測應在設備正常運行一天后進行。

綜上所述，熱成像儀能快速、準確診斷配電設備缺陷，且分析判斷方法簡單易行。隨著熱成像儀測溫技術的日益成熟，檢測越來越精準，儀器造價越來越低廉，為配電線路的安全、平穩(wěn)運行提供了技術保障[9]。