红外热成像仪在变电站的应用

1、论文发表专家一l红外热成像仪在变电站的应用摘要：依据红外测温基本定律制成的红外测温设备在现代电力 系统的运行中有着极有效的应用，使用红外热成像仪在电网大负 荷、特殊运行方式等情况下对设备巡检，能及时发现设备隐患，为 设备状态检修提供有利的帮助。我公司北区集控站在平时的巡视维 护中，广泛依托“萨特”红外热像仪对变电一、二次设备进行测温, 运用红外分析软件对测温结果进行分析，及时发现设备发热缺陷， 有效保证设备安全可靠运行。依据在实际工作中红外测温成像仪的 应用及发热缺陷处理结果，特制定红外测温管理规定，加强红外测 温管理，提高了供电可靠性，保证了电网安全稳定运行。关键词：变电站； 红外线；测温；

2、实际应用；成效；管理规定 在电力系统中，电力设备的安全直接关系着电网能否正常运行， 工农业和居民生活用电是否稳定可靠。设备的安全除了其本身的质 量问题以外，对设备安全造成的最大危害的就是设备在运行过程中 发热而产生的缺陷。在现有的技术条件下，对运行中的设备进行温 度测试，只有红线测温技术才有良好的效果。红外测温技术在现在 无人值守变电站巡视中的应用十分广泛，也有着很好的效果。随着 科技的进步，伴随着用电规模的扩大，合理、正确使用红外测温来 检测设备的运行状况，对及时发现设备存在的缺陷，提高供电质量 就显得至关重要。一、红外测温原理与技术应用匸交发表专家一LB国学朮发叢网任何物体由于其自身分子的

3、运动，不停地向外辐射红外热能，从 而在物体表面形成一定的温度场，俗称“热像”。红外诊断技术正 是通过吸收这种红外辐射能量，测出设备表面的温度及温度场的分 布，从而判断设备发热情况。根据红外辐射的基本定律可知：一 个被测物体的表面辐射系数一定时，它的辐射功率与其绝对温度t的四次方成正比。因此，对物体表面温度的检测就变成为对其辐射 功率的检测。物体的辐射功率是与它的材料、结构、尺寸、形状、 表面性质、加热条件及周围的环境和其内部是否有故障、缺陷等诸 多因素是密切相关的。当被测物体其他条件不变的情况下，仅仅是 产生了故障和缺陷，那么它的表面温度场分布将会发生相应变化； 若被测物体的材料特性发生异常，

4、其表面的温度也相应改变，因而 应用红外进行温度的检测，可以为分析被测目标的现有状态提供极 好的信息。这就是红外测温和红外诊断的基本原理。基于这些原理发展而成的红外热成像技术是通过对电气设备表 面温度及其分布的测试、分析和判断，准确地发现电气设备运行中 的异常和缺陷，从而预知设备运行状况，提前安排设备检修日期， 可以为设备良好运行做好侦察兵。利用红外热成像仪等诊断技术可 实现变电设备运行状态时远距离、不停电、不接触、不取样、不解 体的情况下，检测出设备故障引起的异常红外辐射和温度，有效的 判断设备存在的外部缺陷和内部缺陷，从而实现故障隐患的提早发 现并及时进行处理，给电力系统设备状态监测提供了一

5、种先进手、变电站运用红外热成像仪的具体方法及实际意义在实际工作中红外检测诊断分析方法一般有：表面温度判断法、 同类比较法、图像特征判断法、相对温差判断法、档案分析法、实 时分析法。表面温度判断法：主要使用于电流致热型和电磁效应 引起的发热设备。根据测得的设备温度值，对照dl/ t 664 - 2008中关于高压开关设备和控制设备各种部件、材料和绝缘介质的温度 和温升极限的有关规定，结合环境气候条件、负荷大小进行分析判 断，来确定设备的热缺陷。这种方法能比较直观地判断出设备的故 障，条件是设备的温升较高，所判断出的故障一般都要及时处理。 同类比较法：根据同组设备、同类设备之间对应部位的温差进行

6、比较分析。这是一种根据不同类型的设备有着不同判断的方法，对 于电压致热的设备，温升很小，但温差相差几度，就可以判断出设 备已经存在缺陷。图像特征判断法：主要适用于温升比较小的电 压致热设备，如电压互感器、避雷器、套管等设备。根据同类设备 的正常状态和异常状态的热图像，判断设备是否正常，要注意排除 各种干扰因素对图像的影响，做到精确测温，使三相设备同时充满 整个仪器的视场，以便进行分析判断。相对温差判断法：相对温 差(5 )为2个对应测点之间的温差与其中较热点的温升之比的百 分数，用公式表示为：5 = ( t2 - t1) / ( t2 - t0)X 100 %式中5 相对温差；t2 发热点温度

7、，C; t1 正常相对应温匸交发表专家一LB国学朮发叢网度，c； to 环境温度， C。理论及试验证明与相对接触电阻 的相对偏差非常接近，3判断法主要适用于电流致热型设备，特别是温升高于10 c的小负荷电流致热设备，可以降低小负荷缺陷 的漏判率。档案分析法：分析同一设备不同时期的检测温度场， 找出设备致热的参数变化，判断设备是否正常运行。在几年的测温 实践中，建立的档案对于分析变电站测温历史数据有着重大的意 义，可以更准确的了解设备运行情况、设备的缺陷状态及掌握设备 缺陷发展趋势。实时分析法：在一段时间内适用红外热成像仪连 续检测，观察设备热像和温度随负载、时间等因素的变化。这种方 法适用于设

8、备运行方式的改变、新投产的设备测温，能及时掌握设 备在改变负荷后的运行情况及新投产的设备运行情况。变电站的设备巡视是运行人员在当值期间都必须要进行的一项 重要工作。巡视主要是查看变电站主要设备的运行情况，在过去多 年测温方法主要有目测、手摸（零电位）和鼻闻等方式，其中又以 目测为主。像广泛应用的利用试温蜡片颜色的变化来判断设备温度 的方法就属于目测的测温手段。虽然目测有着良好的效果，但这种 方法有着很大的局限性，对一些有发展性的缺陷较难准确发现，凡 是在运行中易发热是其主要特征的设备缺陷，往往要到设备发热到 一定的程度后才能被发现，但此时，设备一般已有一定程度的损坏， 在这种情况下目测的方法就

9、体现了它的滞后性，延误了消除缺陷的 时间。其他方法也都有其不确定性的因素存在，况且用人体来触碰 带电设备来检验其是否发热这一方法也并不可取。此时，红外热像 仪就显示它无可比拟的优越性：(1) 通过对设备表面温度分布的测量，可以分析设备内部热损耗 部位和性质，从而判断该设备的健康状态。热点温度直观显示，热 图像清晰，能储存和打印。(2) 具有定性成像与定量测量的双重功能，并有较高空间分辨率 和温度分辨率，能够辨别很小的温差。实时热图像能够清晰显示在屏幕上，为建立热图像数据库提供了条件，实现了图像采集、储存、 分析于一体的功能。(3) 用红外热成像仪检测设备，属于远距离非接触式的扫描巡检， 可以保

10、证人身设备的安全。红外热成像仪检测设备，如同用摄像机录像，能够快速的对 大面积的设备进行检测，能够准确、直观的发现与运行电压、电流 有关的设备缺陷，还可对缺陷的性质、位置、程度做出定性、定量 的判断使用红外热像仪对设备进行测温作为无损、非接触检测设备的技 术手段，在设备带电运行时，可以发现其它监测手段无法发现的热 缺陷，减少故障导致的非计划停运时间，具有超前诊断的优越性等 优点，已经在电力行业广泛使用。三、红外热像仪在集控站的应用我站现在拥有hm 300红外热像仪一台，在各受控站的日常维护匸交发表专家一LB国学朮发叢网和特殊巡视时能及时发现缺陷、保证电网的可靠安全运行。在日常 的巡视中，我们应

11、加强对负荷较重的设备和重要负荷设备易发热点 的巡查测试。红外成像仪能很清楚地显示设备的温度场，对设备的 整体发热情况作很直观的观察，对同一设备的不同点温度的异常也 能很快发现，具有稳定、可靠、测温迅速、分辨率高、直观、不受 电磁干扰以及信息采集、存储、处理和分析方便等优点。自2010年使用以来，多次发现设备温度缺陷，由于提前预知，大大降低了 设备的损坏率。为我公司迎峰度夏和重大节假日期间保证供电起到 了很大的作用，下面结合我们的实践，对利用红外热像仪提高运行 人员的巡视效果和缺陷分析能力作一下介绍。（一）变压器变压器工作中的正常状态应该是：（1）顶部是高温区，温度逐渐 向下减弱；（2）套管升高

12、座附近温度最高；（3）本体呈现一个明亮的 红外热图像。而判断其是否出现过热故障则应根据以下几条：检 查套管端部接点；比较三相套管表面温度是否均匀一致，以判断 套管内部是否存在缺陷；散热器表面温度是否均匀，以判断油路 的堵塞情况。2010年5月10日分使用hm-300型红外热电视成像系统对我站 35kv新庄变电站的高压电气设备进行红外测温，发现新1#主变低压侧c相套管桩头（河南逐鹿生产，型号sz95000/35）发热（发热匸交发表专家一LB国学朮发叢网成像见图1），从图中可以明显看见新1#主变低压侧c相套管桩头 有一发热点，具体测试温度见表1。图1表1由以上图表可得知新1#主变低压侧c相套管桩头

13、发热最高温度 119.1 C，根据dl/t664-2008带电设备红外诊断应用规范的规 定：主变压器套管桩头（电器设备与金属部件的连接）的热点温度 不得超过110 C （危急缺陷），显然新1#主变低压侧c相套管桩头 的发热情况已经超过规定的允许值。图2表2上图2为处理后新1#主变低压侧c相套管桩头最高温度45.05 C, 在dl/t664-2008带电设备红外诊断应用规范的规定允许值范围 内。（二）隔离开关隔离刀闸工作中的正常状态应该是：环境温度略高，三相均匀。 判断其是否存在过热故障应注意：检查两端顶帽接点是否过热； 检查由弹簧压接的刀口是否过热；是否支柱瓷瓶劣化使支柱瓷 瓶整体温度升高。2

14、010年6月11日9时55分使用hm-300型红外 热电视成像系统对我站35 kv佃庄变电站的高压电气设备进行红外 测温，发现10kv佃酒1母刀闸b相动触头底座（永城生产，型号匸交发表专家一LB国学朮发叢网 gw1-10）发热（发热成像见图3），从图中可以明显看见佃酒1母刀闸 b相动触头底座有一发热点，具体测试温度见表4。图3表3由以上图表可得知佃酒1母刀闸b相动触头底座发热最高温度 300C，根据根据dl/t664-2008带电设备红外诊断应用规范的 规定：隔离开关触头的最高温度不得超过 130 C,显然佃酒1母刀 闸b相动触头底座的发热情况已经超过符合规定的允许值。图4表4经检查发现为刀闸

15、接触部位弹簧压接不紧固，导致发热。上图表 为处理后佃酒1母刀闸b相动触头底座最高温度18.1 C，根据 dl/t664-2008带电设备红外诊断应用规范的规定允许值范围内。本次红外测温，发现重大设备隐患一起，通过及时处理，避免了 一起重大设备事故的发生，为保证我局电网的安全运行起到了积极 的作用。由此可见，红外诊断技术是一种非常有效的带电监测手段。 它不但可以通过带电监测发现缺陷，而且还能对故障进行定位，给 检修带来很大方便。图5表5检查发现阻波器整体发热，初步判定阻波器有段股现象，待观察处理综上所述，变电站的检测应遵循检修和预防前普查，高负荷、特 殊运行环境情况下的特殊巡查相结合的原则，为设

16、备状态检修提供 有利的科学依据。用红外热成像技术进行设备接头发热等外部陷检 测已十分成熟，判据准确。但对于设备内部缺陷的诊断还存在一定 的难度，根据我们在现场大量的红外检测工作经验，我们建议在进 行红外检测工作时必须依据红外导则的要求，灵活运用各种适合的 分析诊断方法，同时结合具体设备的工况、内部结构进行综合分析 诊断，必要时还需进行停电下的电气性能试验来辅助分析缺陷，特 别对电压互感器、电流互感器、避雷器、耦合电容器等电压致热型 设备，2 C左右的微小温差决不能忽视，这样才能准确分析、诊断 出设备的内部热缺陷。一年来使用红外热成像仪以来，于 2010年5月19日，值班员在 35kv工业园变电

17、站巡视测温时发现华工 2甲刀闸c相闸口发热 290C，电流273a （a相44C, c相38C）,汇报调度，上报i类缺 陷，及时调整了运行方式，随后检修工区更换处理后恢复正常。2010 年6月11日，值班员在35kv佃庄变变电站巡视测温设备时发现佃 酒1母刀闸b相动触头底座发热295C，电流185a （a相80C, c 相85C）,迅速汇报调度，上报i类缺陷。因处理佃酒1母刀闸发 热缺陷涉及全站停电，当时处于高温农忙麦收季节无法停电，调度 已对佃酒线分支下令压负荷，运行部操作队、监控班严密加强对佃匸交发表专家一LB国学朮发叢网 庄变佃酒线特殊巡测、监视缺陷发展情况。6月12日检修工区处理 后恢

18、复正常。2010年7月14日，值班员在35kv高龙变电站特殊巡 视35kv 1海高2间隔时发现1海高2西刀闸开关侧b相线夹发热 285C，母线侧b相线夹发热83C（ a相48C、c相50C）,电流 142a,当值值班人员及时将其作为i类缺陷汇报调度，及时把负荷 调整到了 2海高线。通过使用红外热成像仪对电力设备进行检测是切实可行、卓有成 效的。设备运行中，红外检测往往可找到一些看似无关大局的小问 题，当正常停电检修过程中分别给予解决，当逐个解决了这些小问 题后，也就避免了大多数严重问题的发生，改善了电气设备的运行 状况。红外检测技术对运行中的旧设备，它可以找出其失效部件， 最大限度地减少它对整

19、个系统造成的损害，设备的寿命得以延长， 灾难性故障可以避免，同时可以确定修理的具体部位，避免了整个 系统的关闭；对运行中的新设备，虽然并不一定能找出任何严重问 题，但可为运行人员提供有价值的原始数据资料；对那些修理过的 设备，它的检测可以确信它们的工作是否正常，从而进一步增加设 备的工作效率、安全运行。特别是用红外测温时无需停电，可避免 造成不必要的经济损失，极大提高了电力系统的供电可靠性。使用 红外热成像仪不仅能测出目标表面的温度，还能实时反映目标表面 的温度分布，这对于早期发现缺陷，判断缺陷点位置，分析缺陷原 因，都是非常有效的。同时由于红外测温是非接触测温，操作十分匸交发表专家一LB国学

20、朮发叢网安全，再加上它的高灵敏度和强大的采集功能，在变电站日常运行 管理工作中越来越显示出其应用的必要性。四、依据在实际工作中红外测温成像仪的应用及发热缺陷处理结 果特制定如下管理规定1. 目标设备发热管理应从设备选型、安装源头把关。在设备选型时严格 控制，杜绝使用生产规模小，设备生产工艺粗糙、质量低下的产品。 在设备容量选择时，对负荷情况充分考虑。在新设备安装时，严格 按照安装标准、规范施工，严把质量关，从源头杜绝发热现象。运行设备发热缺陷，检修单位应对设备发热缺陷进行分类，制定 整体处理方案，提高检修工艺，做到“应修必修、修必修好”。2. 红外测温2.1测温的重要性：在电气设备事故中，由于

21、绝缘物受热老化而 引起的事故较多。因此，准确地掌握运行中的电气设备各部位的温 度变化是非常重要的。为了尽早、尽快地发现设备过热，应尽可能 地使用仪器仪表定期或不定期地测量运行中设备的温度，尤其是高 温天气、高峰负荷时是测温的重点。2.2测温环境和使用221红外成像仪检测宜在傍晚和夜间进行，一般环境温度不宜 低于5C,空气湿度不宜大于85%不宜在雨、雾、雪及风速超过 0.5m/s的环境下进行检测。如果在超出以上条件进行红外检测时，必须做好相应的防护措施。雷雨时禁止进行红外现场检测222测温各级人员应正确掌握红外测温设备的使用及维护方 法.2.3测温周期红外测温主要分计划普测和重点测温两种类型。2

22、.3.1计划普测每季度不少于一次。2.3.2重点测温应根据电网运行方式和负荷变化安排测温时间， 重点测温应掌握以下原则：2.3.2.1长期大负荷的设备应增加测温次数进行重点测温。2.322设备过负荷或设备负荷有明显增大时，根据需要安排测 温。2.3.2.3设备存在发热或其它异常情况需跟踪监视的，应增加测 温次数进行重点测温。大修或试验后的设备必要时，也要进行测温2.3.2.4新建、改扩建设备在其带负荷后一个月内应进行一次测2.3.2.5运行方式变化后，针对薄弱环节，对重要线路、重要设 备进行重点测温。2.3.2.6有设备停电工作前应进行一次测温，停电工作时及时处 理。2.4测温范围匸交发表专家

23、一LB国学朮发叢网红外测温的范围主要包括输电线路的导线连接处、变电设备各种 引线接头，电流致热的隔离开关触头、断路器，电压致热的电压互 感器、耦合电容器、避雷器和综合致热型的电流互感器、涡流损耗 致热的铁构件、蓄电池、二次回路及控制箱等。2.5诊断方法和判断依据2.5.1表面温度判断法：根据测得的设备表面的温度值，对照附 表1，凡温度超过标准的可根据设备超标的程度、设备负荷率的大 小、设备的重要性及设备承受的机械应力的大小来确定设备缺陷的 性质，对在小负荷率下温升超标或承受机械应力较大的设备要从严 定性。2.5.2热谱图分析法：根据同类设备在正常状态和异常状态下的 热谱图差异来判断设备是否正常。2.6检测报告（测温记录）2.6.1缺陷处理前应编写检测报告，检测报告应包括以下内容26