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1所在单位:重庆市电力公司超高压局国家职业资格一（二）级论文论文题目:浅析红外诊断技术在500kV万县变电站的应用姓名:谭佳身份证号:5102131982013012212浅析红外诊断技术在500kV万县变电站的应用摘要近年来,电气设备的在线监测越来越受到重视，红外诊断技术能快速实时地在线监测和诊断电力设备的大多数故障，防止电力设备损坏和由于这些设备损坏而导致的电网大面积停电事故发生。在重庆市电力公司超高压局500KV万县变电站应用红外热成像系统开展红外检测的实践证明，红外诊断技术对于及时发现电气设备的隐患是非常有效的。关键词电力设备故障红外诊断1．前言红外诊断技术是通过吸收红外辐射能量，测出设备表面的温度及温度场的分布，从而判断设备发热情况，能检测出设备细微的热状态变化，准确反映设备内部、外部的发热情况，可靠性高，对发现设备隐患非常有效。红外诊断技术对电气设备的早期故障缺陷及绝缘性能做出可靠的预测，使传统电气设备的预防性试验维修提高到预知状态检修，这也是现代电力企业发展的方向。采用红外成像技术可以对正在运行的设备进行非接触检测，拍摄其温度场的分布、测量任何部位的温度值，据此对各种外部及内部故障进行诊断，具有实时、遥测、直观和定量测温等优点，用来检测发电厂、变电站和输电线路的运转设备和带电设备非常方便、有效。红外检测技术的应用，可以实时地在线监测和诊断电气设备大多数故障，对提高电气设备的可靠性与有效性，提高运行经济效益，降低维修成本都有很重要的意义。2．红外测温基本原理根据斯忒藩-玻尔兹曼定律，物体表面每一辐射单元的热辐射能量与该面元热力学温度的四次方成正比，由于物体表3面由许许多多单元组成，所以物体表面都存在一个热辐射能量场，相应有一个温度分布场。利用红外热像仪可对物体表面红外辐射的强弱进行探测，以便于观察物体表面形状轮廓及温度分布情况。红外诊断技术就是利用红外图像的亮暗反映出物体表面温度高低的特点，通过对物体表面温度及温度场的检测来判断设备是否有缺陷。2.1高压电气设备在正常运行情况下，将有部分电能以不同的损耗形式转化为热能，从而使设备温度升高。这些电能的损耗主要包括以下几种：（1）电阻损耗：按照焦耳定律P=I2R，发热功率与电流平方成正比，当电流通过电阻时将产生热能，这是电流效应引起的发热，大量表现在载流电气设备中；（2）介质损耗：电气绝缘介质由于交变电场的作用，使介质极化方向不断改变而消耗电能并引起发热。发热功率主要取决于电压，这种发热称为电压效应引起的发热；（3）铁损：当在励磁回路上施加工作电压时，由于铁芯的磁滞、涡流而产生电能损耗并引起发热，这种发热称为电磁效应引起的发热。2.2电气设备存在外部或内部故障时，往往出现不正常的发热或温度分布异常。高压电气设备外部热故障可分两类：一类是电气接头连接不良，其发热功率取决于导体连接的接触电阻与通过的电流；一类是因表面污秽或机械力作用造成外绝缘性能下降，其发热功率取决于外绝缘的绝缘电阻与泄漏电流。高压电气设备内部热故障主要发生在导电回路和绝缘介质上，其内部发热机理因设备内部结构和运行状态的不同而异，一般可概括为：导体连接或接触不良；介质损耗增大；电压分布不均匀或泄漏电流过大；因绝缘老化、受潮、缺油等，产生局部放电；磁回路不正常等等。对运行中电气设备热故障进行红外检测，具有不需停电、远距离、安全可靠、准确高效等常规测试技术所不具有的优点，是实现带电检测和实现设备状态检修的最有效手段之一。43．电力设备红外诊断技术的特点（1）由于电力设备的红外诊断是在设备运行状态下,通过监测设备故障引起的异常红外辐射和异常温度场来实现，它可以做到不停电，不改变系统运行状态，从而可以监测到设备在运行状态下的真实状态信息，并可保障操作安全。（2）采用被动式检测。由于红外监测探测设备相关部位自身发射的红外辐射能量，不需要辅助信号源和各类检测装置，因此，诊断手段单一，操作方便。（3）可实现大面积快速扫描成像，状态显示快捷、灵敏、形象、直观，监测效率高，劳动强度低。（4）在当前电力预防性试验使用的测试方法中，每一种方法都不可能适用于所有电气设备各种故障的检测。但是，红外诊断技术能够适用于发电厂和变电站、输电、配电等所有高压电气设备中各种故障的检测。（5）红外成像诊断仪器配备计算机图像分析系统和各种功能处理软件，不仅可以对监测到的设备运行状态进行分析处理，并可根据对设备红外图像有关参数进行计算和分析处理,讯速给出设备故障属性、故障部位及严重程度。（6）红外监测与故障诊断可以对管辖的所有设备运行状态实施温度管理，并根据每台设备的状态演变情况进行有目的维修，而且，通过红外诊断可以评价设备维修质量。4．对红外监测的基本要求4.1对监测环境的要求（1）检测目标及环境的温度不宜低于5℃，如果必须在低温下进行检测，应注意仪器自身的工作温度要求，同时还应考虑水汽结冰使某些进水受潮设备的缺陷漏检。（2）空气湿度不宜大于85％，不应在有雷、雨、雾、雪及风速超过0.5m/s的环境下进行检测。若检测中风速发生明显变化，应记录风速，必要时修正测量数据。（3）室外检测应在日出之前、日落之后或阴天进行。（4）室内检测宜闭灯进行，被测物应避免灯光直射。4.2提高红外测温准确性的方法在现场进行设备红外检测和故障诊断时，往往受到一系列5主客观因素的限制，以致影响检测故障的准确性和诊断的可靠性。（1）测温准确性设备故障红外诊断最核心的问题，是要求准确地获得被测设备的温度分布或故障相关部位温度值与温升值。为了提高红外检测的准确度，必须对现场检测过程中或对检测结果的分析处理中，采取相应的对策与措施或选择良好的检测条件，或对检测现场结果进行合理的修正。（2）运行状态的影响与对策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与故障诊断的效果。泄漏电流的增大，能造成高压设备部分电压不均匀。如果没有加载运行或者负荷很低，则会使设备故障发热不明显，即使存在较严重的故障，也不可能因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，发热及温升才越严重，故障点的特征性热异常也暴露得越明显。因此在进行红外检测时，为了能够取得可靠的检测效果，要尽量保证设备在额定电压和满负荷下运行，即使不能做到连续满负荷运行，也应编制一个运行方案，以便在检测前和检测过程中，能让设备满负荷运行一段时间(如4～6h)，使设备故障部位有足够的发热时间，并保证其表面达到稳定温升。由于电气设备故障红外诊断时，故障判断标准往往是以设备在额定电流时的温升为依据，因此当检测时实际运行电流小于额定电流时，应该是现场实际测量的设备故障点温升换算为额定电流的温升。（3）设备表面发射率的影响与对策任何红外测量仪器都是通过测量电气设备表面红外辐射功率，来获得设备温度信息的。并且在红外诊断仪器接收来自目标红外辐射功率相同的情况下，因目标的表面发射率越低，就会显示越高的温度。因物体表面发射率主要决定于材料性质和表面状态(如表面氧化情况，涂层材料，粗糙程度及污秽状态等)。消除发射率对检测结果影响的两种对策措施是：当使用红6外热像仪进行测量时，要对发射进行修正，查出被测设备部件表面的发射率值进行发射率修正，从而获得可靠的测温结果，提高检测的可靠性；对于红外检测的故障频发设备部件，为使检测结果具有良好的可比性，可以运用敷涂适当漆料的方法来增大和稳定其发射率值，以便获得被测设备表面的真实温度。（4）大气衰减的影响与对策由于受检电气设备表面红外辐射能量，会受到大气组合中的水蒸汽、二氧化碳、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而衰减，设备辐射能量传输的衰减随着检测仪器到被测设备之间的距离，降低了被测设备辐射的透过率，所以其衰减是随距离的增大而增加，使得仪器显示出来的温度低于被测故障点的实际温度值，从而造成漏检或误诊断。要获得目标温度准确性，必须采取如下对策：尽量选择在环境大气比较干燥、洁净的时节进行检测；在不影响安全的条件下尽可能缩短检测距离，还要对温度测量结果进行合理的距离修正，以便测得实际温度值。（5）气象条件的影响不良的气象环境主要是指雨、雪、雾及大风力等，都会对设备温度检测带来不利的影响，往往会给出虚假的故障现象。为了克服气象条件的影响，在无雨、无雾、无风和环境温度较稳定的夜晚进行检测(注：在小雨天气可以对瓷瓶的爬电即污秽处检查，有着很好的观察效果)，还要采取正确的诊断方法。（6）环境及背景辐射的影响与对策在进行户外电力设备红外检测时，检测仪器接收的红外辐射除了包括受检设备相应部位自身发射的辐射以外，还会包括设备其他部位和背景的反射，以及直接射入太阳辐射。这些辐射都将对设备待测部位的温度造成干扰，对故障检测带来误差。为了减少环境与背景辐射的影响，应采取如下对策措施：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左右傍晚无光照时间进行。这样可以防止直接入7射、反射和散射的太阳辐射影响，对户内设备可以采用关掉照明灯，以及要避开其他的辐射影响。②对于高反射的设备表面，应该采取适当措施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，找到能避开反射的最佳角度进行检测。③为减少太阳辐射及周围高温背景的辐射影响，可在检测时采取适当的遮挡措施，或者在红外热像仪器上加装适当的红外滤光片，以便滤除太阳及其他背景辐射。④选择参数适宜的仪器和检测距离进行检测，使受检测的设备部位充满仪器视场，从而减少背景辐射的干扰。通常要求目标的最小几何尺度与测量仪器构成的视场角，应该不小于热像仪瞬时视场的3～5倍。5．提高分析故障与诊断可靠性的技术方法电气设备的带电体工作状态是否正常，特别是外部裸露部分的故障，只要消除了上述各种影响因素，经过合理修正，得到故障点的温度，参照国标gb763—90(交流高压电器在长期工作时的发热)及电力部出版的《红外热像检测电力设备故障导则》来判别最高允许温度和允许温升，是不难做出故障严重程度的诊断。但是，温度的测量受到很多因素的影响，特别是对于电气设备的内部故障而言，要想根据gb763—90进行判别，是比较困难的，而且还会引起误判。为了提高红外诊断的准确性，还要运用以下判别方法，可以获得可靠准确的诊断结论。5.1热像特征判别法所有电气设备，在无任何内外部故障情况下，即可得到正常运行状态下的表面热分布或红外热像特征图。一旦电气设备出现内部或外部故障，则故障经内部构件和介质进行热传递，或其他形式热交换，改变设备表面故障部位的稳定温升或温度分布。因此通过辨认现场摄制的设备红外热像图，只要发现热像特征存在异常变化，均可判定设备内部已出现故障，并根据热场分布变化的特点及温升值的大小，还可以对内部故障的属性、故障位置及严重程度做出准确的诊断。5.2相对温差判断法8为了提高判断的正确性，对电流致热型设备，若发现设备的导流部分热态异常，应进行准确测温，按公式[(T1-T2)÷(T1-T0)]×100%算出相对温差值，按下表规定判断设备缺陷的性质。其中T1－发热点的温度；T2－正常相的温度；T0－环境参照体的温度表1电流致热型设备的相对温差判据设备类型相对温差值％一般缺陷重大缺陷紧急缺陷SF6断路器≥20≥80≥95真空断路器≥20≥80≥95充油套管≥20≥80≥95高压开关柜≥35≥80≥95隔离开关≥35≥80≥95其它导流设备≥35≥80≥95当发热点的温升值小于10K时，不宜按表1的规定确定设备缺陷的性质。对于负荷率小、温升小但相对温差大的设备，如果有条件改变负荷率，可增大负荷电流后进行复测，以确定设备缺陷的性质。当无法进行复测时，可暂定为一般缺陷，并注意监视、监测。5.3相间互比判断法因为高压电力设备绝大部分都是三相运行的，而且在正常情况下，作用于每一相的相电压或通过三相电路与导线的电流大致相同。换言之，每一相电路或导线相同部位的正常稳定温升应该一样。因此同组设备三相之间具有可比性，同类设备在同一时间，同一地点和同一电源作用下也相互可比。若某电气设备a、b、c三相中任意两相之间相同部位存在超过10℃左右的温差，则可以把该部位温度较高的一相初步诊断为