紅外診斷技術在電網的幾種典型應用
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【摘 要】紅外技術是隨著近代光電子技術發展而產生的一個嶄新的技術領域。近年來，紅診斷技術被運用到各領域中，并取得了顯著的效果。電力設備紅外檢測技術具有遠距離、不接觸、準確、實時、快速等特點，能夠在不停電、不取樣、不解體的情況下快速實時地診斷電力設備的大部分故障，可作為電力設備狀態檢測的一種很好的手段。紅外診斷技術采用被動式檢測，簡單方便，實現大面積快速掃描成像，有效地促進智能化診斷發展。本文主要分析了紅外診斷的原理、特點，并探討了紅外診斷技術在電網的幾種典型應用。有不對之處，請批評指正。
【關鍵詞】紅外診斷技術；電網；原理；應用
紅外技術是一門綜合性的科學技術，它是現代物理學和無線電電子學的重要分支。紅外診斷技術能快速實時地在線監測和診斷電力設備的大多數故障，防止電氣設備損壞和由于這些設備損壞而導致的電網大面積停電事故發生。近年來，紅外診斷技術越來越多地用于設備狀態監測和故障診斷中，并獲得了良好效果。筆者結合實際經驗，分析了紅外診斷技術在電接觸不良過熱，絕緣劣化過熱和渦流引起過熱中的應用要點，并探討了其應用過程中存在的問題與發展趨勢。拋磚引玉，以期為促進電網穩定、安全的運行盡上綿薄之力。
1紅外診斷技術的基本原理
在電力系統中，許多電氣設備和熱能動力設備故障都是以設備相關部位的溫度或熱狀態變化為征兆表現出來的，與其相應的紅外輻射能量可由紅外熱像儀進行檢測，由于不同的溫度及溫度變化，物體發射的紅外輻射能量有很大的差異，二者之間存在著一個對應關系，而根據熱傳導規律，物體表面溫度完全取決于物體內部的結構，物體材料的熱物理性能，內部的熱擴散以及表面與外界環境的熱交換。因此分析處理紅外熱像儀的記錄結果，結合一定的數學處理和計算，就可以“透視”物體內部溫度場，從而獲得與此相關的其他信息，以對各種熱設備是否正常工作，是否存在事故隱患以及程度如何作出定性分析和定量診斷。這就是電力設備故障紅外熱診斷的基本原理。
2紅外診斷的技術特點
與傳統的預防性試驗和離線診斷相比，紅外診斷方法具有以下的技術特點：
?。?）不接觸、不停運、不取樣、不解體。紅外診斷方法是一種遙感診斷方法，在檢測過程中，始終不需要與運行設備直接接觸，不需要像色譜分析那樣進行取樣，也不需要像預防性試驗那樣進行設備解體或接觸式測試。（2）采用被動式檢測，簡單方便。紅外檢測基于探測運行設備自身發射的紅外輻射能量，不需要像超聲波或X射線無損檢測那樣另備輔助信號源，也不需要像常規預防性試驗那樣的各類檢測裝置，具有診斷手段單一、操作方便的特點。（3）可實現大面積快速掃描成像，狀態顯示快捷、靈敏、形象、直觀，檢測效率高，勞動強度低。紅外診斷適用面廣，效益/投資比高。（4）易于進行計算機分析，促進向智能化診斷發展。（5）有利于實現電力設備的狀態管理和向狀態維修體制的過渡。
3紅外診斷技術在電網的幾種典型應用
3.1電接觸不良過熱
紅外能直觀觀察的電接觸點過熱一般位于套管柱頭與導線連接處、導線T接位接頭和隔離開關觸頭等金屬連接部位。
導體與導體之間形成電接觸時，根據發熱功率P=I2R（I為負荷電流，R為接觸電阻）可知，接觸電阻越大發熱越嚴重。接觸電阻大小與接觸壓力、導體材料和導體表面幾何尺寸及銹蝕程度有關。如果電接觸出現松動或者電接觸部位發生銹蝕等現象均會導致發熱異常。通過紅外測溫能直觀的發現這類缺陷，從而可以進行有針對性的處理如重新緊固接觸點、更換觸頭元件和清除臟污銹蝕表面等。
3.2絕緣劣化過熱
絕緣劣化主要是內絕緣劣化致介損升高，外絕緣劣化致表面泄漏電流增加。介損升高和泄露電流增加均會引起電力設備發熱功率增加，結果是設備表面溫度升高。通過紅外測溫捕捉異常溫升，能夠初步預斷運行設備存在缺陷。具體缺陷產生的原因還需要結合其他電氣和化學試驗進行綜合判斷，如介損超標、油品不合格、匝間短路、局部放電等因素。
運維人員發現500kVCVT出線端板異常發熱，經拆蓋后發現里面有積水現象。在潮濕的環境中，中間變部位發生介損上升、絕緣電阻下降嚴重的現象。由于絕緣劣化導致了其發熱嚴重，紅外熱像儀捕捉了這一現象，為進一步進行故障排查提供了直觀的依據。事后分析發現受潮原因是由于出線端板設計不合理導致雨水滲入。設計不合理很有可能出現家族性缺陷，然后對電網此設備廠家的500kVCVT進行了全面排查。排查過程中發現近一半運行中的此廠家生產的500kVCVT絕緣電阻嚴重降低、介損值嚴重偏高，對于絕緣劣化嚴重的無法加壓測量介損值。最后對這個廠家的此類產品進行了全面整改，直至絕緣水平合格，密封性達標。紅外測試診斷對這一起影響范圍較大重大缺陷的發現起到了至關重要的作用。
穿墻套管下截表面溫度發熱異常。發熱的原因有兩種可能：一種可能是套管內絕緣即油紙絕緣劣化導致介損超標，絕緣電阻下降，泄漏電流增加引起發熱；另一種可能是表面臟污潮濕，外絕緣水平降低，導致表面泄漏電流增加引起發熱。這種情況的處理辦法一般是先將表面瓷套沖刷干凈，然后進行紅外測溫，如果合格，表明就是表面臟污潮濕引起外絕緣水平下降；如果紅外測溫結果依然是發熱異常，表明可能是內絕緣水平下降。則需要進一步診斷內絕緣狀態，包括介損測量、絕緣電阻測量等。
3.3渦流引起過熱
套管導電桿、主變繞組、CT導電桿等傳導交流電流的導體在周圍會產生時變磁場，在磁場中的導磁材料會產生渦流現象。當傳導電流較大時，渦流損耗嚴重，引發鐵磁材料發熱加劇，引起過熱。
某110kV主變變低套管升高座溫度最高達122攝氏度，嚴重過熱。初步判斷為渦流引起升高座發熱。變低的電流一般為2kA左右，在套管周圍產生比較大的磁場環境，導磁材料在強磁場下形成的渦流損耗功率較大，因而會引起發熱現象。此后聯系變壓器生產廠家進行討論，再一次驗證了升高座所用材料含有導磁成分的材質偏多，造成面板部分導磁，運行時在面板上形成渦流。一般此類部件應該選用采用高純度的低磁鋼板或無磁鋼板。
分析缺陷產生的原因后對缺陷進行處理，處理方法為將原來的導磁面板進行斷磁。將磁質材料中間切割一條帶口，阻斷了導磁的磁路，從而消除了渦流產生的條件。之后將無磁材料面板覆蓋到原來的面板上，進行重壓使新面板與原面板無間隙壓接，并進行焊接打磨等一系列處理，完成消缺任務。
4紅外診斷技術在電網應用存在的問題與展望
盡管紅外熱診斷具有傳統檢測不可比擬的優點和適用范圍，但也存在著一些亟待解決的問題。目前，雖然研究了一些類型設備在一定條件下的紅外熱診斷方法，但對于紅外熱診斷的基礎理論核心問題———導熱反問題的研究仍然遠不能滿足紅外熱診斷的需求，這是制約紅外熱診斷技術發展的一個主要問題。其次，紅外熱診斷內部缺陷主要還處于理論研究和實驗室研究階段。從紅外熱診斷的發展過程可以看出，紅外熱診斷已經從簡易的外部診斷向難度大的內部診斷進行過渡，隨著導熱反問題研究的深入和高速、大內存計算機與數值計算方法的進一步發展，紅外熱診斷技術必將更加成熟、更加廣泛適用。
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