紅外測溫技術在判斷電氣設備熱故障中的應用研究

叢廷滋

摘? 要：隨著社會經(jīng)濟的不斷進步，人們的生產(chǎn)和生活中對電力的需求越來越大，對電力系統(tǒng)供電運行的穩(wěn)定性也有了更高的要求。電氣設備工作的狀態(tài)是不是良好對系統(tǒng)運行穩(wěn)定有較大的影響，通常設備在運行過程中由于受到多因素影響，會出現(xiàn)設備熱故障問題，而為了能夠較好地解決，利用紅外測溫技術監(jiān)測設備使用的溫度狀況，能夠及時的發(fā)現(xiàn)隱患，并有效檢修，這樣才能夠更好的保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

關鍵詞：電氣設備;熱故障;紅外測溫技術

中圖分類號：TN219 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）17-0171-02

Abstract： With the continuous progress of social economy， there is an increasing demand for electricity in people's work and life， and there are higher requirements for the stability of power supply operation of power system. Whether the working state of the electrical equipment is good or not has a great impact on the stability of the operation of the system， usually due to the influence of many factors， the thermal failure of the equipment will occur， and in order to better solve， the use of infrared temperature measurement technology to monitor the temperature status of equipment， can timely find hidden dangers， and effective maintenance， in order to better ensure the stable operation of the power system.

Keywords： electrical equipment; thermal fault; infrared temperature measurement technology

近些年來紅外測溫診斷技術得到了較好的發(fā)展，在電力系統(tǒng)設備的監(jiān)測診斷中得到了推廣應用，進一步提高了電氣設備運行的可靠性，為電力系統(tǒng)的良好運行做出了較大的貢獻。

1 電氣設備出現(xiàn)發(fā)熱情況的原因

在使用電氣設備的過程中，由于受到多因素影響可能會出現(xiàn)發(fā)熱的情況，比如電流、電阻、電壓以及介質(zhì)損耗等。在電氣設備故障問題中，其中發(fā)熱故障出現(xiàn)的概率要大一些，而由于設備溫度上升引起設備的絕緣性能降低、變形等，都會對電力系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生損害。從物理學定律的角度看，電氣設備出現(xiàn)發(fā)熱情況主要看設備電路中的電流以及電阻，如果電氣設備在正常運行的狀況下發(fā)生電流增大，通常原因是出現(xiàn)短路或者是增加了負荷。而線路中出現(xiàn)電阻增大通常存在的原因有導體之間存在不平整的接觸面、電流有局部增加等。另外，涉及到設備其他方面的缺陷，比如設計不當，使線路在連接后出現(xiàn)電阻過大的情況，因而使電氣設備發(fā)生熱故障。還有變壓器如果出現(xiàn)鐵損，使其絕緣性能下降，因而造成電流增加，使設備運行出現(xiàn)發(fā)熱情況。

2 電氣設備熱故障的種類

電氣設備出現(xiàn)熱故障的種類通常有內(nèi)部故障和外部故障，內(nèi)部故障是由于設備內(nèi)部出現(xiàn)熱傳導，使設備表面的溫度上升，進而改變了設備中溫度場的分布，使設備出現(xiàn)熱故障。外部故障的表現(xiàn)通常是設備出現(xiàn)局部發(fā)熱，比如介質(zhì)損耗或者是連接件中出現(xiàn)短路狀況。

2.1 內(nèi)部故障

內(nèi)部故障的表現(xiàn)通常有絕緣性能、介質(zhì)問題、電氣回路以及絕緣油問題。電氣回路如果出現(xiàn)觸頭接觸不良就會導致設備出現(xiàn)熱故障，比如由于導體焊接存在問題而引起設備故障。在高壓電氣設備中，由于絕緣材料的性能發(fā)生變化而增加了介質(zhì)的損耗。損耗增加后，材料的溫度上升，絕緣性降低，時間一長就會出現(xiàn)變壓器熱故障。另外，如果電氣設備中的絕緣材料受到長期高電壓的影響使電流出現(xiàn)泄漏，而且絕緣材料老化其泄漏的就會增多，因而會出現(xiàn)發(fā)熱故障。屬于繞組回路的電氣設備由于存在設計方面的不足，運行中出現(xiàn)磁漏等問題就會使鐵損增加，從而使變壓器設備出現(xiàn)發(fā)熱情況。再者，絕緣油泄漏問題會使設備的散熱性變差，絕緣性降低或者電流泄漏都會使電氣設備的溫度上升而引起熱故障。

2.2 外部故障

電氣設備的外部故障主要是指設備的局部能夠從表面觀察看出故障，像導線外漏出現(xiàn)接地短路或者說電力設備運行由于環(huán)境狀況較為復雜，引起導體接觸不良，從而出現(xiàn)的熱故障。另外，高壓電氣設備運行過程中，其連接回路由于氧化、灰塵等問題的影響會使電阻增加，從而造成設備熱故障。

3 無源無線測溫技術使用

電力系統(tǒng)運行的設備由于長時間處在高負荷、高壓的狀態(tài)下，接觸點的溫度會大大升高，其熱故障的出現(xiàn)有可能會引發(fā)電力安全事故，對生命財產(chǎn)安全產(chǎn)生非常大的危害。在科技不斷發(fā)展的過程中，傳感器設備的應用領域逐漸拓寬，在電氣設備運行中，測溫技術被逐漸的應用其中，利用傳感器感應取電，因而無源無線測溫傳感器得到廣泛應用。一般電氣設備在過負荷運行或者是出現(xiàn)接觸不良情況時，會導致設備出現(xiàn)溫度過高的問題，長時間下來就會影響絕緣性能，出現(xiàn)故障，從而影響電力系統(tǒng)的正常運行。因此，實時掌握設備運行的溫度非常重要，通過在線監(jiān)測，如果設備溫度大于設定值時，就會出現(xiàn)警示，告知工作人員及時查找原因，并采取有效的措施處理熱故障。無源無線測溫技術就是利用傳感器在線監(jiān)測設備運行溫度，由于自身體積小且安裝便捷，在電氣設備運行中能夠快捷準確的得到監(jiān)測點的實時溫度，確保電氣設備在運行過程中不會因為溫度過高而出現(xiàn)熱故障，影響電力系統(tǒng)運行的正常。

4 紅外診斷技術方法

4.1 表面溫度判斷法

利用紅外測溫儀對設備的表面溫度進行檢測，嚴格的執(zhí)行有關技術標準，對電力系統(tǒng)運行中的高、中壓設備的絕緣介質(zhì)、導體材料以及設備表面的溫度進行定值設置，進一步明確設備使用中的安全溫度，對設備運行的相關情況進行掌握。這種測溫診斷技術主要是用來檢測由于電磁設備的鐵損或者是電流發(fā)熱效應造成設備溫度上升問題，可以對設備運行的狀況進行判別，這樣能夠在一定程度上預見設備可能發(fā)生的故障。

4.2 相對溫差診斷法

電力系統(tǒng)的設備在運行中存在工況差異，而為了能夠應對設備運行工況不同引起的故障問題，使用的紅外測溫技術主要是相對溫差診斷法。比如電氣設備處在氣候溫度較低的環(huán)境中運行，設備出現(xiàn)故障時的表面溫度有可能并沒有達到設定的標準值，然而從以往的經(jīng)驗中看出，由于外部環(huán)境氣溫的影響，電氣設備在此種狀況下可能已經(jīng)出現(xiàn)故障或者說存在故障隱患，如果外部的環(huán)境溫度有所升高，設備出現(xiàn)故障的概率增大，系統(tǒng)運行就會受到影響。同類型的電氣設備在運行工況相同的條件下，使用相對溫差診斷法，與電氣設備正常運行狀態(tài)進行比較，對檢測設備的溫度差異進行計算，當差異超過35%時，說明診斷的設備存在隱患，需要持續(xù)進行跟蹤，以便及時檢修設備。

4.3 同類比較法

這種診斷方法主要是用于對同類的電氣設備進行診斷檢測。包括同回路型電氣設備以及同設備的三相問題，所處的工作環(huán)境以及工況大致相同。測溫時分縱向比較和橫向比較，對于同類型設備的相同位置點，檢測其溫度值，以直觀的方法檢查電氣設備運行的實際狀況是不是正常的。

4.4 歷史檔案分析法

這種診斷方法最主要的是將設備監(jiān)測到的相關數(shù)據(jù)與其歷史記錄數(shù)據(jù)進行比較，然后判斷設備的運行狀況。電氣設備如果具有較為復雜的結構時通過這種診斷方法能夠很好的進行檢測。通常歷史數(shù)據(jù)資料要充分的完善，而且以數(shù)據(jù)能夠?qū)υO備的熱故障出現(xiàn)規(guī)律進行較為便捷的分析，預見設備故障，及時進行故障隱患排除。

5 實際應用

5.1 接觸熱故障診斷分析

5.1.1 紅外測溫過程。某電力企業(yè)的220kV變電站中，在一次進行紅外測溫診斷時，檢測出一組電容器發(fā)生溫度異常情況，進行紅外測溫得出的結果是電容器組的母排過熱，設備局部溫度最高達到60度，而外部環(huán)境的溫度是26度，兩者之間產(chǎn)生34度的溫升差，與相關規(guī)范中規(guī)定的溫升極限標準存在一定的差值，然后工作人員將電容器保險絲和母排連接處做了紅外成像，檢查出連接處溫度值過高，于是利用紅外圖譜在分析軟件中進一步研究。

5.1.2 圖譜紅外分析。從紅外分析圖中可以看出，電容器熔絲與母排連接處的溫度在整個圖譜中是最高的，顯示為61.5度，而與其相鄰的兩邊連接處溫度差值較大，分別為36.5度和38度，根據(jù)相對溫差測溫診斷方法進行有關計算，得出溫度異常點與正常溫度的相對溫差，電容器保險絲與母排連接處分別得出的相對溫差是67%和64%，根據(jù)有關紅外診斷規(guī)范中對設備異常的檢測依據(jù)，設備連接處的溫度規(guī)范值相比，熱故障的出現(xiàn)屬于紅外測溫的一般異常。

5.1.3 異常處理。電氣設備檢修工作人員在檢查過程中發(fā)現(xiàn)，電容器組中某電容器保險絲和母排連接處的螺絲有了較為嚴重的磨損情況，而且母排在長時間工作的狀況下，表面和空氣發(fā)生相應的反應，從而出現(xiàn)氧化膜，這樣就會使兩者之間的連接出現(xiàn)接觸不良狀況，電阻增大而使設備出現(xiàn)過熱的問題。因此，要相應的更換電容器保險絲，同時對母排連接處位置進行打磨。后通過紅外測溫技術進行了再次診斷，發(fā)現(xiàn)并沒有再出現(xiàn)設備使用過熱的情況。

5.2 設備老化發(fā)熱問題

5.2.1 紅外測溫過程。工作人員對220kV變電站進行紅外測溫的過程中發(fā)現(xiàn)，有母線電磁單元的局部出現(xiàn)過熱問題，溫度大概達到34度，與電磁裝置其他部位的溫度相比差7度左右，電磁裝置二次端子盒溫度大概也達到31度，與其他部位溫度相比差4度左右，而檢測過程的外部環(huán)境溫度是26度，按照紅外測溫診斷規(guī)范的標準要求，電氣設備出現(xiàn)異常故障，接著就需要進行停電試驗檢測。

5.2.2 返廠試驗。相關技術人員對設備進行解體后返廠進行試驗檢查，對母線電磁單元進行高壓試驗以及油檢驗，然后發(fā)現(xiàn)電容器、變壓器以及油檢驗都沒有問題，而是中間變壓器的繞組阻尼出現(xiàn)異常情況，進一步檢驗得出阻尼器電容劣化，從而使電磁單元出現(xiàn)過熱情況。變電站中母線電磁單元的二次端子盒出現(xiàn)進水問題，使其受到潮濕環(huán)境的影響出現(xiàn)銹蝕問題，進而使電流出現(xiàn)泄漏，使其局部出現(xiàn)過熱情況。另外，電容器繞組阻尼件由于受到元件老化問題，使得器件運行中通過的電流出現(xiàn)猛增情況，這樣電壓互感器電磁單元才會出現(xiàn)局部過熱的情況。

6 結束語

在電力系統(tǒng)設備運行的過程中，電力企業(yè)需要加強對相關設備的紅外測溫診斷，以便能夠及時的發(fā)現(xiàn)設備熱故障隱患，這樣檢修人員才可以及時的采取有效的維護措施，使電力系統(tǒng)設備能夠正常運行，保證電力企業(yè)的良好發(fā)展。

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