1、红外热像技术在电气设备故障诊断中的应用摘要：本文介绍了红外热像技术的电气设备故障诊断原理，并通过实际案例分析了电力设备故障红外诊断的适用范围及其对电力系统的安全稳定运行所起的重要作用，还提出将红外热性技术与其他测温技术相结合以克服红外热像技术的局限性，使之在电力系统中发挥更大的作用。关键词：红外热像技术；电气设备；故障诊断 ；应用 中图分类号： O434.3 文献标识码：A 文章编号： 0 引言 随着现代红外技术不断成熟和日臻完善，利用红外热像技术的远距离、不接触、准确、实时、快速等特点发展起来的电力设备状态红外热像检测技术，由于在不停电、不取样、不解体的情况下快速实时地在线检测和诊断电力设备
2、的多数故障，所以备受电力行业的重视，并得到快速发展。 1 红外热像技术的电气设备故障诊断原理 红外线是一种电磁波，位于可见光红光外端，在绝对零度(-273) 以上的物体都辐射红外能量，物体的温度越高，发射的红外辐射能量越强。因此，既然电力设备故障绝大多数都以局部或整体过热或者温度分布异常为征兆，那么，只要运用适当的红外仪器检测电力设备运行中发射的红外辐射能量，并转换成电力设备表面的温度分布状态信息，根据电力设备不用性质、不同的空间分布特征， ，就能够对设备中潜伏的故障作出定量的判定。 2 电力设备故障红外诊断的适用范围和案例分析 除少数内部故障以外，凡是故障发热能够在电力设备外部有温度响应的故
3、障，均可应用红外方法做出诊断。所以，红外方法原则上可以覆盖所有电气设备各种故障的诊断。下面将着重从故障的发热机理，说明电力设备故障红外诊断的适用范围并以实例加以诠释。 2.1 电流致热型设备故障的诊断 电气设备的导流回路因连接不良，接触电阻增大而出现过热，这类故障的发热功率 P=I2R，并通过特定的传热路径在设备表面形成局部特征性热场分布。当负荷电流改变时，其发热功率和表面热场分布也随之改变。所以，通过扫描纪录设备表面的红外热像，不仅可以分辨设备导流回路有无连接不良故障，判定内部连接故障的具体位置。而且还可以根据表面温升值的大小，定量判定故障的严重程度，对故障程度进行分等。这类故障是红外热像技
4、术发现的最常见的高压设备故障 2.1.1 电机故障 案例一：1995 年 4 号发电机发现直流电阻不平衡，互差 2.12%。超标。怀疑线棒焊接点焊接不良。静子线圈通人 1200A 电流，采用 TVS-100半导体制冷热像仪进行红外测温， 5 小时后观测到#55 线棒延伸线部分34.5，其他部分 32。由此确定故障点。打开绝缘层，发现有过热迹象，同时发现一焊锡馏子。判断是线棒焊接点焊接不良，运行中过热，焊接用锡接近或达到熔点，恶性循环造成。红外热像如图 1 所示： 图 1.定子线棒焊接不良的红外热像 故障处理：将线棒焊接点重新焊接之后，直阻合格，红外测温无异常，机组投入正常运行。 案例二：200
5、2 年 9 月 3 号发电机静子线圈通流进行红外测温工作。使用 SAT-慧眼 6000 红外热像仪，发现发电机励测 6 点位置线棒的渐开线部分温度高出其他部位 2。红外图像如下图 2 所示： 图 2.定子线棒焊接不良的红外热像 故障处理办法：重新焊接处理后红外测温未发现异常。机组投入后正常运行。 案例三：2000 年 11 月 5 号炉丙排粉机电机静子线圈端部敲击。测量数据如表 1 所示： 表 1.排粉机电机敲击试验数据（37，） 根据敲击后的试验数据可知，B 相线圈有断股的迹象，通流后使用热像仪发现 B 相端部有点温度比较高。进一步发现端部引线二股断一股。重新焊接后，试验数据合格，电机投入正
6、常运行。 案例四：2003 年 3 月#8 发电机大修中，对发电机定子铁心试验。使用 SAT-慧眼 6000 红外热像仪测温，图形如图 3 所示： 图 3.表面污秽物导致发热的红外热像 试验标准如下表 2 所示： 单位铁损 W/Kg 最高温升 最大温差 2.5 25 15 表 2.发电机铁损试验标准 试验中发现铁芯（#20#21 线棒间的齿部铁心）最大温差为 17，超标。检查发现因静子施工中工作人员磕碰铁芯齿部，造成片间短路。 故障处理： 去掉短路处铁芯毛边后，用 37%的盐酸擦拭，并涂环氧漆用以恢复绝缘，干燥后试验，最大温差为 3.3，最高温升 11.06，单位铁损1.23W/kg，试验合格
7、。 2.1.2 电流互感器故障 案例五：2002 年 1 月#7 发电机出口电流互感器直流电阻测量时，发现直流电阻增加了 8.4%，超出电力设备交接和预防性试验规程规定值，通流进行红外测温，使用 SAT-慧眼 6000 红外成像仪，发现接头过热（内部焊接不良） 。如图 4 所示： 图 4.电流互感器内部焊接不良的红外热像 故障处理:更换备件。 2.1.3 隔离开关故障 220kV 隔离开关红外测量发现多起过热故障。限于篇幅，这里只举一例： 案例六：2011 年，使用 HY-90 红外热像仪测温时发现 204-4 A 相隔离开关东侧转头温度偏高，图像如图 5 所示： 图 5.隔离开关转头温度偏高
8、的红外热像 根据图像及数据显示此隔离开关东侧转头（P02 点）温度高于西侧转头（P01 点）12.75K，多次复测，无明显增长，停电预试时处理。 2.2 电压致热型设备故障的诊断 对于绝缘介质，其损耗:P=U2Ctg,发热功率主要取决于电压，所以被称为电压致热型设备。电压致热型设备,通常指电压互感器、避雷器、绝缘子、耦合电容器、电缆头等。这些设备往往由于内部缺陷,或者外部缺陷导致电压分布异常和泄漏电流增大。这类设备致热效应主要由电压所引起,与负荷电流没关系。 案例七：2003 年 7 月用 SAT-慧眼 6000 红外成像仪发现 220kV #1 站-4 母线 A 相电容式电压互感器中间变压器
9、温度异常，上部较下部高出2，红外图片如图 6 所示： 图 6. CVT 中间变压器温度异常的红外热像 随后多次复测，无明显增长趋势，后随互感器设备更新改造进行了更换。 2.3 油浸电气设备缺油故障的诊断 许多油浸高压电气设备，会因漏油而造成缺油或者假油位。由于油面上下介质热物性参数差异较大，在设备外表可产生与油位对应的明显梯度，因此，缺油故障也可以应用红外方法检测和诊断。 2.4 电力机械故障的诊断 发电机、电动机以及其他各种电力机械因轴承振动或润滑冷却油量不足，或因安装调整不好，轴承受力不正常，引起的轴承磨损过热；直流电动机换向器因表面脏污或磨损变形引起的高温过热故障；发电机碳刷因励磁电流过
10、大、碳刷压力太大及碳刷材质不良等原因引起的碳刷高温过热故障等，均可应用红外方法做出诊断。 3 电力设备故障红外诊断的局限性 红外状态检测与故障诊断是以对设备表面进行红外扫描测温为基础的，又因为红外辐射在固体中的穿透能力极其微弱，所以，对于大型复杂电力设备内部故障的某些故障，假如其故障发热功率太小，或因故障部位距设备表面太远，由于热量的横向传递，使故障发热不能在设备表面产生明显的特征性响应；或者因设备内部的热交换过程特别复杂，致使内部的故障发热也无法在设备表面形成特征性热场分布。在这种情况下，红外方法就能难从设备外部检测到内部的运行状态，因此也就难以准确地进行故障诊断。 4 结束语 大量的实践证
11、明，红外热像诊断技术能配合其他的试验方法准确地找到设备的故障点，也能判定许多故障类型，从而有效地降低了维修费用，保证了电力系统的安全稳定运行。是开展电气设备状态检修的必要手段之一。但是由于穿透力微弱，红外热像技术有着一定的局限性，如果能寻找出电气设备内部温度与表面温度的关系，红外热像技术将会更好地诊断电气设备存在的缺陷和事故隐患，为电气设备的安全运行发挥更大的作用。 参考文献 1胡世征, 申兴忠.红外热像技术在河北电网中的应用.激光与红外,1996,26(2):107-111 2陈衡,侯善敬.电力设备故障红外诊断M.北京:中国电力出版社,2002. 3 DL/T 664-2008,带电设备红外诊断应用规范S. 4Q/HBW 14701-2008,电力设备交接和预防性试验规程s. 5Q/CDT 107001-2005,电力设备交接和预防性试验规程. s
