浅析红外测温技术在电网系统的应用
2017第四届轨道交通供电系统技术大会
会议由中国电工技术学会主办，将于2017年11月28日在北京铁道大厦召开，研讨电工科技最新研究成果对轨道交通供电领域所带来的革新影响和应用前景，推进协同创新。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院、中国广东核电集团有限公司的研究人员陈忠源、王博、党乐、祖向东、勤格勒图，在2017年第8期《电气技术》杂志上撰文指出，电网系统运行过程中，通过红外测温技术可快速、准确地对设备进行缺陷检测，对保障电网系统的安全、高效运行具有重要意义[1]。
本文从红外测温技术的基本概念出发，结合电网运行过程中的红外检测具体案例分析了红外测温技术的应用优势及影响因素，并在此基础上分析了红外测温的发展现状及趋势。
随着红外检测理论的持续发展，红外检测技术作为一种高效、便捷的监测手段在电力系统中起到了越来越重要的作用，与传统的停电检测相比，红外检测具有无需停电、无需取样、可远距离进行观测等优点，在保障电网系统的安全可靠运行、预防电力设备的突发性事故方面发挥着非常重要的作用[2]。
通过检测运行电气设备的温度场，可直接观测到设备是否存在疑似故障，通过与其他检测手段相结合，便可迅速地判断设备的运行状态，保证了电气设备的健康运行[3-4]。电力系统的各级管理部门对红外检测工作的重视程度也逐渐加深。现已将红外检测作为状态检修工作中的一项重要的试验项目。
1、基本原理（略）
红外测温技术是一种采用红外探测技术获取设备的红外辐射状态的基本信息，然后通过温度进行显示的技术，它通过测量设备表面的平均温度，以温度的高低来判断设备状态。
2、实际案例
2.1 案例一
2014年8月某供电公司运行人员在红外成像测温巡检过程中发现，变电站内10kV母线排C相连接处发热，最高温度点71℃，且与其他两相温度差大于20℃，如图1所示。
随后利用红外测温对该母线排进行了不间断的跟踪检查（每天一次），发现经过一段较长时间的平稳期后又出现温度升高趋势，最高温度达84℃。A、B相最高温度为46℃.环境温度为25℃，如图2所示。
之后结合停电检修机会对其进行了处理。发现绕组接线连接板、压接螺帽、垫片及导电杆丝牙有明显发热烧蚀痕迹。根据烧伤情况用锉刀对连接板烧伤处进行处理，用砂纸对压接螺帽、垫片及导电杆丝牙进行打磨。处理后，该相母线排过热处恢复正常。
图1 10kV母线排C相连接处发热红外图谱
图2 10kV母线排温度变化趋势对比图
2.2 案例二
2012年8月某供电公司运行人员在红外成像测温巡检过程中发现，变电站内某开关B相发生过热情况。经测温软件分析最高点温度达42℃，与环境温度相差为17℃（环境温度为25℃），且与其他两相温度相差也大于10℃，如图3所示。
之后结合停电检修机会对其进行了返厂解体。发现断路器接线正确、连接牢固，控制回路可正常运行，设备内部组件无老化、损坏等异常情况，但动静触头接触部分有放电现象。厂家对部件进行更换后过热现象消失。
图3 B相故障断路器红外图谱
2.3 案例三
2013年某供电公司运行人员在红外成像测温巡检过程中发现，变电站主变10KV母线绝缘子A相发生局部发热，最高点温度为44℃，高出其他相约20℃。如图4所示。怀疑该绝缘子存在发热缺陷，后试验人员进行了多次持续跟踪复测，发热部位温度无明显变化。
结合停电检修机会对该绝缘子进行观测。从外观看，绝缘子表面光滑、胶装面完好，可排除外力破坏或胶装面膨胀应力作用造成断裂的情况。同时，瓷件、砂、釉、沥青均无质地不均匀和其他异常现象存在，瓷件、砂以及法兰通过化学成分分析，各项数据均符合相应的国家标准。对绝缘子进行检测，发现绝缘子阻值较其他相明显较低。
初步判断该绝缘子是由于生产过程中工艺不合格，内部存在气孔或微裂纹，随运行时间增长瓷质老化而发生过热现象。经过持续的观测，结合停电检修的机会对该绝缘子进行更换后故障消除。
图4 10kV母线绝缘子A相红外图谱
2.4 案例四
2015年某供电公司人员在红外成像测温巡检过程中发现，变电站10KV隔离开关B相发生局部发热，最高点温度为74℃，高出其他相超过30℃。如图5所示。怀疑该隔离开关存在发热缺陷，随后利用红外测温对该隔离开关进行了不间断的跟踪检查，发现该部位温度无明显变化。
结合停电检修机会对该隔离开关进行检测。发现该项的回路电阻为285μΩ，明显高于其他两项参数。从外观看，动、静触头接触部位存在烧损痕迹，附着有黑灰色粉末。怀疑有异物接触隔离开关表面，在高温下形成氧化物，导致接触面面电阻过大，动静触头接触不良而过热。
图5 10kV母线绝缘子B相红外图谱
3、环境影响及注意事项
3.1．由于红外光在传输的过程中会由于大气的吸收作用有一定程度的衰减，因此，进行红外检测工作时，应选择在相对湿度不超过75%且天气晴朗的环境下进行。
3.2．在阳光直射或强烈灯光照射下，由于光线的反射和漫反射与红外检测设备的波长部分存在重叠区域，可能会影响红外测温仪的检测结果，造成测量误差。因此，红外检测工作最好选择在夜晚、或阴天的环境下进行（最好在日落后两小时及日出前两小时之间），在白天要避免阳光直接照射。另外，条件允许的情况下，变电站内的夜间场地灯最好不要开启。
3.3．当进行户外检测时，空气的流动会影响设备表面的散热，缺陷设备的热量会被风力加速散发，物体表面的温度不足以说明设备的发热情况，因此应尽量选择在无风或风力较弱的天气下进行红外检测。
3.4．红外测温设备与被试设备的角度对结果也会造成影响，因此，应从多角度进行检测，在需要进行复测的情况下，应记录检测位置，以便下次在同样位置进行检测。同时，还应注意邻近物体对被试设备的热辐射，选取正确的测量角度或设置屏蔽措施。
3.5．检测距离对红外诊断也是有影响的，红外辐射会随着检测距离的增加而逐渐衰减。另外，红外检测设备只有在适当的距离成像效果才能达到最好[6-7]。因此，在进行红外检测时，试验人员应选择合适的距离进行检测。
3.6．不同性质的材料对辐射的吸收或反射性能各异，同时受到物体的表面光滑度等原因影响，不同设备的发射率是有较大差异的。因此，在测量之前，对不同设备进行红外检测时应选择合适的发射率。在电力系统，对带电设备进行精确的诊断时，金属导线及金属连接部位的发射率应为0.9，瓷套类设备应为0.92，金属设备带漆部位应为0.9[8]。
3.7．部分故障设备的过热情况随着设备负荷的增大而增大。因此，在红外测试时，应详细记录被试设备的负荷情况，尤其是在设备负荷高峰的情况下更能反映设备是否具有缺陷。
3.8．大气中的尘埃、漂浮物及悬浮颗粒对红外检测设备的正常工作也有非常大的影响。因此，红外测温工作应在空气晴朗的无尘、无漂浮物的环境中进行。
4、结论
红外诊断技术能够非常有效地诊断高压电气设备和线路的过热故障。该方法检测时间短，无需触碰带电部分，安全可靠。与传统的预防性试验相比，不但不受是否停电的限制，而且可以清楚地显示故障的严重程度和故障部位。更能有效的检测出在不同运行负荷下设备的缺陷[9-10]。
实践证明，电力系统的许多设备事故最初都是由异常发热开始的[11-12]，而红外测温技术可以通过被试设备的发热程度来判断设备的运行状况，为设备的检修提供有效的支撑[13-15]。目前，随着红外测温技术的发展，已发展出自动巡测的红外在线监测系统，可实现温度异常自动报警，自动存储设备热图，极大的提高了工作效率，降低了劳动强度。
图6 在线监测系统红外热像图