红外技术在电力设备故障诊断中的应用

江双华

（国网甘肃省电力公司检修公司变电检修中心，甘肃 兰州 730050）

【摘要】本文论述了电力设备故障红外诊断的原理和在设备故障诊断中的重要作用，分析了高压电力设备各种内外部故障的红外热像特征和典型图谱，及影响电气设备故障红外检测诊断的有关因素，并提出了在以后的应用过程中应注重的问题。

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关键词 红外技术；电力设备；故障诊断

0引言

红外技术是研究红外辐射的产生、传递、转换、探测并实现在实际工作中应用的一门技术。随着科学技术的发展，红外技术现已发展成为一门深受广泛重视的高新技术。它以人眼看不见的红外辐射作为传递信息的载体，可以把人们的视野带入一个不可见的世界，因此，现代红外技术在许多领域都得到了重要的应用。红外技术在电力生产中也发挥着重要的作用，目前，大多电力试验研究机构和一些大型发电厂及大部分供电公司都配置了先进的红外热成像仪，广泛用于电力生产的设备普查、故障探测及诊断，大大提高了电力设备探测和诊断的技术水平。

1红外诊断技术在电力生产中的应用

电力安全运行最大特点是供电的连续性，而影响安全运行因素是故障出现的突发性和频发性，电气设备一旦有故障就会直接或间接带来经济损失，这就对电力设备安全可靠地运行提出更高的要求。为了更多、更及时发现设备缺陷，我们采用设备在不停电的在线检测——红外测温，主要是解决热故障的诊断。

对运行中的高压电气设备来说，由于红外诊断技术能在不停电状态下，通过运行设备的热分布以扫描成像的方式进行远距离实时在线诊断，这比传统的停电预防性试验更能有效的检测出与运行电压、负荷电流有关的设备缺陷。大多数运行中的电气设备发生故障时，会导致设备温度发生异常变化，即设备的发热故障，因此红外测温故障诊断技术在电力行业得到了广泛应用。

2影响红外在线检测与故障诊断结果的各种因素

在对电气设备故障进行红外检测（尤其在户外现场作业）和故障诊断时，往往受到各种不利因素的限制，以至影响检测的准确性和诊断的可靠性。

2.1运行状态的影响

电气设备无论是电流效应引起的导电回路故障、电压效应引起的绝缘介质故障或是电压分布不均匀和泄漏电流过大故障还是电磁效应引起的漏磁涡流故障，产生的设备发热与温升，都分别与设备运行状态有关。因此设备的工作电压和负荷电流的大小将直接影响到红外检测和故障诊断的效果。如果没有加载运行，或者负荷很低，则会是设备故障发热不明显，即使存在较严重的故障，也不可能以特征性热异常的形式暴露出来。只有当设备在额定电压下运行，而且负荷越大时，发热及温升越严重，故障点的特征性热异常也暴露的越明显。因此在进行红外检测时，为了能够取得可靠的检测效果，要尽量保障设备在额定电压和满负荷下运行，至少应在进行检测过程的一段时间内使设备负荷不低于额定负荷得30%。

２．２设备表面发射率的影响

1）可以运用图像运算方法消除发射率影响。2）对于需要经常进行红外检测的故障频发设备部件，可以运用敷涂适当漆料涂层使发射率恒定的方法来增大和稳定其发射率值，从而获得可靠的结果。

２．３大气衰减的影响

由于受检电气设备的温度信息是以红外检测仪接受到的设备表面红外辐射能量来传递的，而设备表面发射的红外辐射能量经大气传送到红外检测仪器上会受到大气组分中的水蒸气、二氧化碳、甲烷及一氧化碳等气体分子的吸收衰减和空气中悬浮微粒的散射衰减，而且这些红外辐射的衰减程度与辐射在传输路径上的大气组分与红外检测仪器的工作波长范围有关，并且随辐射传输距离（检测距离）的增大而增加。消除大气衰减影响的措施是：（１）选择在环境大气比较干燥和洁净的时节（大气相对湿度不超过85%）进行检测。（２）尽可能缩短检测距离，对测量结果进行合理的距离修正。

２．４气象条件的影响

气象条件的影响主要指大气环境温度、雨、雪、雾及风力（风速）造成的影响。为了克服气象环境的影响应选择环境温度适中的春季的无雨、无雾、无风（最大风力不超过三级，或风速小于0.05~0.1米/秒）和环境温度较稳定的夜晚（日落后2~3小时至次日黎明前）进行检测。

２．５环境及背景辐射的影响

在进行电力设备红外检测时，检测器接受的红外发生，除了受检设备相应部位自身发射的辐射外，还包含设备其它部位和背景的辐射，以及直接入射或通过受检设备及背景反射的太阳辐射，这些辐射都将对设备欲测部分的温度测量造成干扰。为了减少环境及背景辐射的影响应采取：（１）对户外电气设备的现场红外检测尽可能选择在阴天或者在日落后2~3小时的傍晚至次日黎明前的无光照的时间进行作业。（２）对于具有高反射的设备表面应采取适当措施（如涂敷无光黑漆）来减少对太阳辐射及周围高温物体辐射的影响，或者改变检测角度找到最佳检测位置。（３）为避免太阳辐射及周围高温物体辐射的影响，可在检测时采取适当的遮挡措施，或者在红外检测仪器上加装适当的红外滤光片，以便滤除太阳及其它背景辐射。（４）选择参数适宜的仪器和检测距离进行检测，保证受检设备部位充满仪器现场，从而减少背景辐射的影响。

３结束语

在电力系统应用红外技术的初级阶段，人们普遍的认为，红外方法只能用来查找电气设备和输电线路的裸露过热电气接头。本文通过对高压电气设备内部故障发热的传热分析与模拟试验研究，并结合大量现场监测实际，分析出了各类高压电气设备不同故障发热的热场分布规律与表面红外热像特征。通过本篇论文可知，除某些电气设备的少数内部故障以外，凡是内部故障发热能够在设备外部有温度响应的故障，均能用红外方法作出诊断。所以，可以说，红外诊断方法原则上可以覆盖所有电气设备各种故障的诊断。

现阶段我们对电气设备内部故障的定位、定性与起因判别，还基本停留在经验层次，即这种诊断判别更主要地还以经验规律为主要基础。当然，随着红外诊断工作对各种电气设备内部故障特征性红外图谱越来越多的研究和实践积累，以及各种模拟试验与解体验证工作的增加，经验日益丰富，这种经验诊断判别的准确性也日趋提高。这要求我们在实际工作中对红外成像测温时应该从一些不太明显的表面现象上仔细分析，发现问题，解决问题，总结经验，收集基础资料和典型的温度数据、热像图谱，进一步提高红外诊断的准确性。我们在发现问题时不仅要对照各种电气设备典型的发热图谱进行定性，而且要通过一些手段和方法找出发热的成因，具体问题具体分析。今后电力设备故障的红外诊断面临的任务是研究在有限信息的条件下，如何判断各种电力设备的技术状态，亦即研究制定采集和筛选诊断信息的原则与方法，规定技术状态划分判据的方法，寻找故障模式判别的途径。

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参考文献

［１］陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术[M].中国科学技术出版社.

［２］中华人民共和国电力行业标准带电设备红外诊断技术应用导则[M]．中国电力出版社,1990.

［３］GB763-90 交流高压电器在长期工作时的发热[S].

［４］中华人民共和国国家经济贸易委员会.带电设备红外诊断技术应用导则[Z].1999.

［责任编辑：杨玉洁］