电气设备红外测温技术的应用探讨
[摘 要]：运用红外诊断技术开展电气设备的接点测温，已经成为电力系统中应用广泛、非常重要的设备在线检测手段之一，本文通过几件实例，简述了红外测温在首钢电力厂的应用。
[关键词]：红外 测温 应用 探讨
1、引言
现代红外测温诊断技术是以红外物理学、红外光电子学和微型计算机技术为基础发展起来的一门新兴的综合性技术学科。电气设备故障的红外诊断是红外技术在现代企业中的重要应用。由于红外诊断对运用中的电气设备是一种非接触无损检测和诊断，因此在电力系统中得到广泛的应用，主要应用于各种电气设备的外部过热故障、内部缺油或绝缘损坏故障的诊断，为设备状态提供依据，对保证电力系统的安全运行、提高供电可靠性发挥了巨大作用。
2、首钢电力厂简介
北京首钢电力厂是一家以发供电和集中供热为主要任务的企业，隶属于首钢总公司。全厂生产系统由热电站、压差发电站、集中供暖热交换站和供电系统组成。主要发电设备为6万KWh汽轮机发电机组两台、5万KWh汽轮机发电机组一台及压差发电机四台，总装机容量达20.61万KWh。承担着首钢主流程厂矿和居民区供电任务，每小时供电能力为43万KWh。新建成的220kv变电站是迄今为止首钢最大的一座变电站，也是国内先进的大型变电站。全厂供电系统中有15个总降、10个变电站所，其中220kV站所1个、110kV站所7个、35kV站所7个，主要供给公司内各厂矿生产生活用电。
由于电力厂服务用户的性质所限，许多电气设备长时间满负荷运行，导致过热接点增多，接点过热如不及时发现和处理，将直接危及电气设备的安全运行。
3、红外测温诊断技术的特点
红外测温技术在生产过程、设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥着重要作用。近20年来，非接触红外测温仪在技术上得到迅猛发展，性能不断完善，功能不断增强，品种不断增多，适用范围也不断扩大。比起接触式测温方法，红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。非接触红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列，并备有各种选件和计算机软件，每一系列中又有各种型号及规格。
红外检测是一种在线监测（不停电）式高科技检测技术，它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身，通过接收物体发出的红外线（红外辐射），将其热像显示在荧光屏上，从而准确判断物体表面的温度分布情况，具有准确、实时、快速等优点。红外诊断技术正是通过吸收这种红外辐射能量，测出设备表面的温度，从而判断设备发热情况。测试效果直观，灵敏度高，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。特别是目前大机组、超高电压的发展，对电力系统的可靠运行提出了越来越高的要求。随着现代科学技术不断发展，利用红外监测和诊断技术具有远距离、不接触、不取样、不解体，又具有准确、快速、直观等特点，实时地在线监测和诊断电气设备大多数故障（几乎可以覆盖所有电气设备各种故障的检测），它备受国内外电力行业的重视并得到快速发展。
红外检测技术的应用，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。采用红外成像检测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、变电所和输电线路的运转设备和带电设备非常方便、有效。
利用热像仪检测在线电气设备的方法是红外温度记录法。红外温度记录法是工业上用来无损探测，检测设备性能和掌握其运行状态的一项新技术。与传统的测温方式(如热电偶、不同熔点的蜡片等放置在被测物表面或体内)相比，热像仪可在一定距离内实时、定量、在线检测发热点的温度，通过扫描，还可以绘出设备在运行中的温度梯度热像图，而且灵敏度高，不受电磁场干扰，便于现场使用。它可以在-20℃～2000℃的宽量程内以0.05℃的高分辨率检测电气设备的热致故障，揭示出如导线接头或线夹发热，以及电气设备中的局部过热点等等。
4、电气设备的发热来源
电气设备在运行中将产生以下3种主要来源的发热：
4.1、电阻损耗发热
按照焦耳定律，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尤其是电气设备的接点上。
电气设备连接点过热按其机理可分为三个阶段：
（1）、过热起始阶段：温升30～220K，由于雨水蒸发、雪、霜的影响，通过观察试温蜡片可发现接点过热；
（2）、过热变形阶段：温升220～420K(铝)560K(铜)，可明显看到设备接点过热后变色、变形，有烧灼异味，并发生固态裂变，强度、韧性、耐腐蚀性退化、脆化而造成裂纹等缺陷；
（3）、电弧烧熔阶段：温升660K(铝)、1083K(铜)，设备接点由固态变为液态，在电弧作用下直至更高的温度，可明显看到设备接点的熔化弧光。
4.2、介质损耗发热
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。由此产生的发热功率为：
P＝U2ωCtgδ
式中：
U——施加的电压；
ω——交变电压角频率；
C——介质的等值电容；
tgδ——介质损耗角正切值。
这种发热为电压效应引起的发热。
4.3、铁损致热
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。
5、故障分析及诊断
5.1、热电1#主变B相高压套管过热故障
首钢热电站1#主变压器型号为SFS7－63000/110，1986年3月3日投入运行。1999年6月15日，使用HCW-Ⅱ型红外测温仪检测到B相110kV套管将军帽顶部温度为55℃。10月5日跟踪检测时，发现该点温度猛增到130℃，当时环境温度为17℃，其温度、温升均超过GB763—90《交流高压电器在长期工作时的发热》的规定，经分析认为，该接头接触不良，接触电阻增大，造成该部位严重发热。1999年10月7日紧急停运后，对B相套管接头进行解体检查，发现将军帽接头的螺纹连接处、接头和引线的焊接部位及导电杆严重过热变色。经处理后，用HCW-Ⅱ型红外测温仪检测该套管接头温度正常。
5.2、431开关触头过热故障
首钢热电站1#主变的35kV进线开关(编号431)型号为SN10－35/1250，四川电器厂出品，1986年3月3日投运。2001年3月31日，使用红外热像仪对431开关触头进行红外测温时，发现B相中间触头温度为68.86℃，根据热图像及开关结构判断该开关内部接触不良，监视运行。
2001年9月7日，再次对431开关进行红外测温时，发现B相中间触头温度上升为90.89℃，判断该开关存在严重过热故障，初步判定开关动静触头接触不良。2001年9月13日，1#机系统停电小修，将1#35kV母线停电，431开关停电，由检修中心对该开关进行检查，发现431开关的动触头已碳化。当天更换触头后，16：30送电，值班工连续两天进行红外测温正常。
5.3、6kV系统的过热故障
5.3.1、6KV一段的进线开关6161的电缆头过热。
2002年5月，首钢电力厂检修中心在使用红外测温仪对电气设备进行红外测温时，发现6KV一段的进线开关6161的电缆头严重过热，温度高达121℃，联系停电后对电缆头重新制作并灌银焊，避免了开关烧毁和引发6kV母线故障的重大事故。
5.3.2、1#厂低变中性点过热
2005年8月15日，首钢电力厂发电车间6KV值班工发现低压一段负荷达到900A，遂用红外测温仪对1#厂低变本体、一二次母线进行红外测温，发现1#厂低变的380V母线B相过热116℃，靠近B相的中性点母线连接螺栓温度高达130℃，报厂后将1#厂低变停电，由检修中心电工班进行处理，发现螺栓氧化严重，进行简单处理后送电。由于1#厂低变系1986年从比利时利旧安装的干式变压器，经常发生过热事故，2005年10月9号1#机组检修中更换为大型干式变压器。
6、结论
红外诊断技术在首钢电力厂广泛应用后，过去主要靠定期停运检修的制度必将逐步由预报警式的检修制度所代替，如果电气设备的温度一旦出现异常，应根据测出的电气设备的温度和热像图谱，配合运行、检修情况以及其他电气试验进行综合分析，判断缺陷的性质和部位，以便从安全和经济性考虑，及时排除隐患，这样既可防止事故发生，又不盲目停电检修，从而提高了电气设备的可靠性和利用率。
本论文是在江工的悉心指导下完成的，在论文撰写期间，他倾注了大量心血，在此表示由衷的感谢！由于时间仓促，错误在所难免，敬请各位专家雅正。
参考文献：
1、刘英肖 《电气设备红外诊断技术及应用探讨》 2004年6月
2、带电设备红外诊断技术应用导则.中国电力出版社.1999
3、杨正道、张昌征 《红外诊断技术在电气设备中的应用》 2004-10-11
4、董其国 《红外诊断技术在电力设备中的应用》 机械工业出版社.1998
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