综述红外诊断技术在电气设备状态检测中的应用

苏 沛

（重庆大学电气工程学院，重庆 400044）

综述红外诊断技术在电气设备状态检测中的应用

苏 沛

（重庆大学电气工程学院，重庆 400044）

红外检测技术运用于检测电气设备存在外部或内部故障时伴随的局部或整体温度分布异常，以此判断故障类型和严重程度，本文阐述了红外诊断技术的原理和特点，综述了电气设备常见的发热机理及相关故障类型，针对不同电气设备，介绍通过各种红外诊断方法来减少误差。

电力设备；状态监测；红外诊断技术

1 引言

现在电力系统电压等级越来越高、容量越来越大，故而更加注重系统的安全性与可靠性。能在运行中有效的监测和诊断电力设备的过热缺陷，红外检测技术在不间断运行的条件下对电气设备进行早期故障缺陷作出可靠预测，因而越发受到重视。

1.1 红外诊断概述

总所周知，在自然界中所有高于绝对零度温度的物体都会实时地辐射出载有物体的特征信息的红外线，通过红外成像图以此来获取物体信息。通常利用红外检测技术，可以将红外辐射的信号转换成为电信号，进而对其进行放大处理，最后以数字图像的形式展现物体的表面温度场分布[1]。

1.2 红外热像技术的优点[2]

（1）进行检测时不需停运。大大提升了设备的可连续运行程度。

（2）红外诊断检测不需要直接接触设备，安全性能高。因为具有此优点，其广泛运用在带电设备、转动设备、高空设备的诊断中。

（3）可运用于大面积快速检测。且劳动强度较低，结果表现形象、直观。

（4）智能化方向发展后，可直接接口计算机，继而进行分析。

2 电气设备的发热机理及常见故障

2.1 发热源分析

2.1.1 电阻损耗引起发热

由于电流效应，其通过电阻产热，这种发热常常表现在载流电气设备中。由于电网中电力设备之间、导线之间以及导线与各种设备之间大量存在电气连接接头及连接部位，特别是当其接触不良时，增大的接触电阻，通过电流效应将会产生大量的热。

2.1.2 介质损耗发热

电网中除导电回路以外，高压电气设备大多由固体或液体（如油）等电介质绝缘材料构成，其会因为交变电场的作用，使介质极化方向不断改变而消耗电能。电质损耗增大一般是由于电气设备绝缘介质老化、受潮等原因引起。

2.1.3 铁损致热

铁磁材料处于交变磁场作用下，由于磁滞损耗与涡流损耗将损耗一部分电能。部分设备的不正常运行，或存在铁芯材质不良和绝缘层破坏等情况，会导致局部短路，进而引发回路磁滞饱和，或在设备的短路处产生较大的环流，增大了铁损，造成铁损发热。

2.1.4 缺油及其它故障

油浸高压电气设备如果出现渗漏将会引起假油位或者缺油，进而可能导致油面放电，使得电气设备表面温度分布异常，这种现象也可能因其他原因造成，例如变压器的套管未排气等。放电发热可能产生温度异常，但更多情况则是因为内部的油面空气与油本身的热物参数值有所不同而导致的。

以上介绍了电气设备容易出现的故障模式，除此之外，高压电气设备出现过负荷、电压变化过大以及单相运行，冷却系统的结构设计不良或堵塞也可能会影起设备表面的温度异常。

2.2 常见的电气设备故障

（1）外部故障：引起设备发热异常的绝大多数由外部缺陷所导致。

1）接触部位不良：经常裸露在外界的电气设备由于空气等各种外部因素，较易出现接头处连接不良，进而导致发热异常，比如套管、断路器，线夹等。可能导致接触不良的各种原因：制作材质不好、加工工艺技术存在问题；外界的机械振动和线路负载的周期性过载变化以及环境温度的改变，引起连接件的热胀冷缩，使得接触电阻增大而出现局部过热。

2）绝缘强度降低：电气设备外部常常设有绝缘层，由于表面污秽和机械力的作用导致绝缘层破坏，使得绝缘能力降低，进而导致过热故障，比如污秽，绝缘子产生裂纹等。此类故障较为危险，严重的将会造成断线、局部烧毁，甚至发生恶性事故。

（2）内部故障：封闭在设备绝缘层内部（固体绝缘、油绝缘）的电气回路出现的故障称为内部故障。因为其密封在外壳或绝缘层内部，红外线很难透过，故无法直接用红外热成像装置检测内部热缺陷。但可通过其他方式侦之，由于内部故障相对会比较稳定且发热时间较长，通过热对流和热传导的方式向周围的导体或绝外壳传递热量，进而使得相应部位温度升高。通过检测这些部位的温升可以一定程度上推断为内部故障。

3 红外检测的常见方法

《交流高压电气长期工作时发热》（GB763-90）指出，以最高允许温度和允许温升判断电器零件工作状态是否正常。但由于红外检测会受到外界很多因素的影响，比如空气、风向、湿度等，所以，仅仅采用 GB763-90进行判断是容易出现误差的。因此，除了需要加强基本能力和提高技术经验外，还必须了解红外诊断的综合分析方法，以下为几种常见的红外检测方法：

3.1 表面温度判断法

表面温度判断法主要针对裸露在设备外的接头、触头。从多个方位进行测量，综合得到最热点温度。通过测量得出设备表面温度，通过对照相应得温升标准，并结合此时的电力设备温度负荷率和其能承受的机械应力大小，综合分析设备的热缺陷及其严重程度。

3.2 同相比较判别法

同相比较法是指测量数据与前次测试以及原始数据进行比较分析，最终得到测量结果的检测方式。需要注意的是，进行前后温度比较时，必须换算到相同条件下（如设备负荷率、外界环境温度等）进行分析判断。

值得注意的是，一般情况下同一设备的外表面温度是均匀分布的，当不同的部位出现温度变化异常时，往往是反映出内部存在相关的缺陷，如绕组、磁路出现故障等；当其整体温度升高，常常反映出受潮缺陷，介损增大和线圈短路等。在进行故障诊断时，对同一主变同一相不同部位的温度作比较，对判定故障属性和定位往往是有益的[3]。

3.3 热谱图分析法

电气设备具有各自的热谱图，所以根据同类设备热谱图的差异判断此设备是否处于异常状态往往是可行的。例如，变压器在无任何内、外部故障的状态下运行，通过红外热像就可以得到其在正常状态下的红外检测的热图谱，当变压器发生一定的故障，将在故障状态下重新检测得到的热图谱与正常的热谱图对比即可发现故障。根据温度场的空间分布判断故障位置，表面稳定温升的大小，也可以帮助推断此次故障的严重程度。

3.4 档案分析法

档案分析法是一种较为综合、全面的分析方法，它需要建立不同设备的红外技术档案，此方法有利于对重要的、结构更为复杂的设备进行正确判断。通过比较同一设备在不同情况下的热数据，综合分析得到此设备致热参数的变化趋势及变化速率。对新建、扩建、大修及重要的电气设备在带负荷1个月内进行红外检测，将检测结果留做原始资料，以便能够与以后红外检测的结果作比较。

3.5 相间互比判断法

电力系统中的设备大多是三相运行，且每一相的电流通常与三相电流大致相同，所以每一相电路的相同部位的温升应该也相同，故而同组设备三相间有可比性。相间互比法正是利用这个特点对同类设备的对应部位温度值进行比较，可以较为容易地判断出设备是否正常。

[1]接晓霞.基于红外热像技术的电接触故障诊断[D].大连理工大学，2007.

[2]李德刚.红外诊断技术在电气设备状态检测中的研究与应用[J].山东：山东大学，2010.

[3]郑新才，李明，张静.红外检测技术在电力设备故障诊断中的应用[J].电力电子专刊，2007（04）.

苏沛（1989—），男，四川内江人，研究生，主要从事红外检测、电力系统谐波检测与补偿的研究。