电力设备状态检修及故障诊断中红外技术的应用分析
摘要：红外测温技术在当前科学技术的发展下得到了广泛的应用，效果显著，大大提高了电力设备的可靠性性能。本文首先介绍了红外检测技术的原理和特点，重点介绍了红外诊断技术的内容和判断方法。利用红外测温技术实现变电站设备故障诊断，可以有效地保证我国电力系统的稳定发展和运行。
关键词：电力设备；状态检修；故障诊断；红外技术
1红外成像的原理及红外成像测温仪的系统组成
所有红外成像设备主要有以下几个部分组成。首先是光学系统，作用是接收物体发射的红外线，并且通过调制器转变为利于解析的辐射信号。其次，通过光电探测器的配合，将获取到的光信号转化为电信号。接着是信号放大器及信号处理。它的作用是通过解析电信号传达的信息，转化为可以让人们理解的数据，这样最后通过显示输出的部分表达出测试结果。总之，通过使用红外成像测温仪，可以更加方便的监测物体实际温度的变化。
2红外诊断技术检测故障类型
2.1外部热故障
所谓的外部热故障指的是，在现实的环境中暴露出电力设备发热的部分，这样通过红外热像仪就能够对设备表面的热状态分布情况进行直接的观测，并快速的确定发热位置。其中出现热故障的主要原因是由于设备部件中的接触电阻突然异常加大，而导致其电阻出现异常加大的原因主要有两个方面：一方面是在加工或者是安装设备连接件的时候存在不
规范操作，零件出现了松动或者是老化现象；另一方面是由于电力设备部件长期暴露在现实环境中，受到各种因素的严重破坏，或者是其接触表面过于粗糙、不平整或者是出现氧化问题。
2.2内部热故障
对于电力设备自身来说，一直都是处于封闭的状态中，如果设备的内部出现发热现象的话，红外热像仪是很难检测出来，因此就难以准确的对故障位置进行判断。如果想获取相关信息的话，则只能够通过观察设备表面热分布图来获取。一是电力设备内部出现接触不良等问题；二是设备的内部产生了较大介质损耗；三是设备内部的电压分布不良；四是设备使用时间过长，而且受潮、老化现象严重等各个方面的原因，都会导致设备的内部出现发热现象。在检测的过程中，设备内部的高压电缆头、避雷器、耦合电容器等零部件能够借助红外热像仪进行检测。在诊断设备内部缺陷的时候，对检测人员的要求比较高，需要具备较为丰富的经验。
3电力设备热故障诊断方法和缺陷判断依据
3.1热故障诊断方法
3.1.1表面温度判断法
主要适用于电流致热型和电磁效应引起发热的设备。根据测得的设备表面温度值进行分析判断。
3.1.2相对温差判断法
主要适用于电流致热型设备，特别是对于检测时电流（负荷）较小，且按照表面温度判断法未能确定设备缺陷类型的电流致热型设备。
3.1.3图像特征判断法
主要适用于电压致热型设备。根据同类设备的正常状态和异常状态的热像图，判断设备是否正常。
3.1.4同类比较判断法
根据同类设备之间对应部位的表面温差进行比较分析判断。档案（或历史）热像图也多用同类比较判断。
3.1.5综合分析判断法
主要适用于综合致热型设备。如油浸式套管、电流互感器等。
3.1.6实时分析判断法
在一段时间内让红外热像仪连续监测一被测设备，观察、记录设备温度随负载、时间等因素的变化，并进行实时分析判断。
3.2缺陷判断依据
对电流致热型设备,若发现设备的导流部分热态异常,算出相对温差值后,根据《DLT 6-2016带电设备红外诊断应用规范》中的附录H：电流致热型设备缺陷诊断判据进行设
备的缺陷性质判定。
对于电压致热型设备和旋转电机类设备分别根据《红外诊断应用规范》的附录I：电压致热型设备缺陷诊断依据和附录E：旋转电机类设备缺陷诊断方法和判据进行设备缺陷性质判定。
4高压电气设备过热故障的红外诊断技术应用
4.1高压套管故障的红外诊断
高压套管的故障问题主要为内外接头接触不良、套管缺油、套管绝缘性差以及管芯存在问题，进而导致局部产生了放电的情况或者末屏引线对地放电。
1. 内外接头故障的红外诊断。连接到设备的外壳外部接头由于暴露在环境中而出
现问题，因此热图像特征是以接头为中心的热图像。根据变压器套管故障判断，穿线接头故障产生的热量通常通过接线鼻子传递到将军帽，因此热图像的特征是以将军帽顶部为中心的热图像。在35kV变压器套管中，与热环连接的内接头一般在下端，同时浸入油箱油中。发生故障时，需要通过机油和套管释放热量。套管较长，导热路径套管外产生的温度不高。然而，当三相套管的热故障不同时，三相套管的热象特性存在较大的温差。内部和外部关节之间接触不良的问题显示了热图像中内部和外部头发热区域的重叠。当绝缘介质受到环境影响时，会导致绝缘失效。在热图像中，这是套管整体加热的特征。
（2）套管内外放电故障的红外诊断。套管的内外放电在热像图特征中呈现出相应部分发热，导致套管内部放电故障问题的原因包括，首先是电容式套管芯子在真空处理中，当残留的气泡较多的时候，会导致介质不均匀，进而造成套管的局部放电。由于制造过程中
电容极板不干净，电容屏的尺寸不合理，同时应力比较集中，这些情况下，也会导致局部放电。
（3）套管缺油问题的红外诊断。高压套管的缺油故障中包括套管油与变压器油相连通，套管油与变压器油之间分开，由于一些因素导致套管的缺油情况产生。第一种情况下，在安装或者充油的时候没有将套管中的气体排出去，导致故障问题，因此可以将套管的气体排出去。第二种情况是油和空气分界上下介质热物性参数不同，导致油面处产生了温度差异，在油面的位置形成了一个具有明显的温度突变的清晰的热像特点。
4.2高压断路器故障的热像特点以及诊断
（1）内部故障。内部故障包括静触头的接触不良，头座接触不良以及中间接触不良等情况，在断路器的内部受到环境影响之后，热像呈现为整体发热。二档断路器温差大于三十摄氏度的时候，开端符合电流之后，导致温差变化，这种情况下需要对其进行及时的处理。内部故障中故障的比例较大的是触头故障问题。
（2）外部故障。外部故障中包括暴露在环境的高压断路器触头座与出线头的连接不良，这种故障情况在红外热像图中的特点是以接线的线头为中心的温度分布，具有对应关系。少油断路器的缺油故障的热像特点是在油界的界面处有清晰的温度变化，同时缺油部分的温度比较低。分析是否缺油需要观察位面是否低于油位的警戒线。
4.3电力变压器故障的红外诊断
（1）变压器内部故障的红外诊断。处于正常状态的电力变压器难以从外部对绕组和铁芯进行在线监测，由于其绕组以及铁芯都是浸在油中并且安装在变压器油箱之中的。常用
的干式变压器能够进行在线监测，热像特点为以芯柱以及线圈为中心的热像图，干式变压器在正常状态下，B相芯柱的磁负荷比较高，导致散热性较差，温度相比其他部分要高，热像特点是以B相为中心的热像图。油浸变压器只有在吊芯的情况下施加一定的励磁电压或者短路电流，这个时候绕组以及铁芯的热像特点与干式变压器之间保持一致。
（2）变压器外部故障的红外诊断。在变压器外部载流导体存在连接不严密的情况的时候，由于电阻变大会导致局部发热问题，热像特点是以故障点为中心的热像图。当变压器漏磁和箱壳涡流故障问题产生的时候，热像特点是以漏磁通穿过并且形成环流的其余为中心的图像。变压器冷却装置以及油路系统的故障热像特点为以故障点为中心的热像图。
4.4高压隔离开关故障的红外诊断
在高压隔离开关故障问题中，红外热像特点为以下内容。首先，引线连接不良的时候，热像特点为以故障部位为中心高温区的热像图，转动球头存在滑动接触不良问题的时候，热像特点为以转动球头为中心的过热热像图。在判断诊断结果的时候可以结合热像图中最高温度点来明确故障点的位置。隔离开关关合不佳的时候，存在结构缺陷问题，热像图一刀口触头压指为中心。
5结论
运用红外测温技术来实现变电站电力设备的故障诊断，不但能够帮助减少故障带来的实际损失，还能够帮助节约经济成本。现今电力设备红外检测技术已经得到了较大的发展与运用，红外测温相关设备也得到了改进，红外测温技术会在电力变电站设备的应用中更为广泛。
参考文献
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