配电网电气设备红外诊断与故障解析

王国权

（朔州市区供电公司，山西 朔州 036000）

配电网设备种类比较繁杂，通过红外测温可以较全面地反映出设备故障及缺陷情况。从构成设备的材料上分类，大致可以分为导体和绝缘体。配电设备需要两点安全运行条件：一是导体部分的导电性能良好；二就是介质绝缘性能良好。介质的绝缘性能检测，系统内早有试验规程和较为齐全的仪器。而检测导体导电性能的好坏，至今还缺乏有效的检测手段，特别是配电网中的电气设备较多，设备中的导体接点接头更多，众多的导体接头是发生事故的一个重要因素。如果按照常规做法对每一个导体接头进行检修，一是人力不允许；二是设备停电次数多、时间长，供电可靠性无法保证。即使两者都允许，但检修维护人员的技能和无意过失所造成的缺陷数量也是可怕的。

因此，导体的导电性能的检测就成了配电网设备运行管理中的一个重要课题。过去人们重视设备绝缘性能检测工作，使得设备的绝缘事故显著减少，但是导体部分导电性能的劣化（特别是接头）不容易被发现。以朔州市区供电公司为例，过去发生的导体故障超过绝缘损坏所发生的故障，这说明导体性能劣化，接头接触电阻增大，进而造成导体温度升高，而且时间越长，温度越高；温度愈高，导体的电阻愈大，如此恶性循环，最终导致事故发生，损坏设备。这种热故障是配电网事故频繁发生的主要原因之一。因此，搞好电气设备导电性能的检测，应当引起人们足够的重视，尤其在电气设备维护检修制度和方法不断改进的今天。破除单纯以时间周期观念为基础的设备维修制度，建立以状态监测为基础的设备维修制度；应该积极推广在线检测诊断技术，使其成为提前诊断，预知检修，提高设备运行可靠率，并逐步开展电气设备状态检修，以确保电网的安全、经济、可靠运行。

电气设备产生温度异常的原因是多方面的。红外测温通过对运行中设备表面所产生温度场的比较，进行分析和研究，找出设备的故障性质和故障点。也就是利用设备呈现的局部过热或温度异常，揭示出设备故障的缘由。造成设备过热或温度异常的原因有很多：导体连接处连接不良，材质不佳，接触面积小，绝缘部分受潮劣化，过负荷运行，假油位，漏磁涡流等都是原因所在。这些故障现象在红外诊断技术方面可分为两大类，即设备的外部故障和内部故障。

设备的外部故障主要是指裸露在大气中设备的各类连接点、过渡点和导体本身的热故障。电流通过导体时，电能损耗会引起导体发热，温度升高。根据焦尔楞次定律，载流体所产生的热量Q=I2RT，即取决于回路的电阻大小、流过的电流及电流流过的时间长短。其中，回路电阻除了与导体材质和接点连接工艺有关外，还受外界有害气体和各种电动力机械力的间接影响，而负荷电流仅与运行工况有关。

电气设备的内部故障主要指封闭在设备外壳内部的故障。其产生温度异常的原因大致有5种：①设备内部导体部分连接不良；②内部介质损耗大；③内部电压分布畸变或泄漏电流过大；④内部绝缘性能劣化、距离不足等引起局部放电，进而发展为绝缘击穿；⑤充油设备内部缺油。

由此可见，内部故障不同于外部故障，其故障性质多种多样。设备内部结构复杂，红外辐射不具有穿透能力，热像仪接收到的只是传导到设备表面的热能构成的热像图谱。根据热量传导和对流特性，由内部故障点发生的热量将主要通过与其接触的金属联接件、绝缘油和气体等的传导和对流。其中，与故障点连接的导电体都是良好的导热体。从外部对与其相关的部件进行红外热像图谱分析，即可判断出内部故障情况。需要注意的是分析设备内部故障发现，温度不是决定的因素，重要的是温度场的分布及与其同类设备进线比较。在有些设备热像图谱上看到的最高温度区往往不是故障点，反而低温区却是故障点，比如储油设备缺油时。

电力设备的许多故障模式都是由设备的热状态异常表现出来的。热状态异常有两种：一种是设备比正常温度偏高；另一种则是设备比正常温度低。而红外检测与故障诊断的基本原理就是通过探测设备的红外幅射信号，从而获得设备的发热状态，并根据这些状态特征及其发展规律，作出设备故障情况和严重程度的判断。

在当今用户对电能质量及可靠性要求越来越高的情况下，开展状态检修已经成为电气设备检修不可或缺的重要手段和检修方式，对设备进行带电红外成像检测已成为掌握设备运行状态的最佳方法和有效手段。下面笔者遵照带电设备红外检测的有关规程规定并结合实际使用情况，对设备带电红外检测工作进行简单阐述：

（1）坚持“安全第一”的原则。设备红外检测工作必须综合考虑设备状态、运行工况、环境影响等风险因素，确保人身、设备检测现场的安全。

红外检测大多在早晚进行，视线不理想，所以必须做到专人监护。至少应由两人进行，特别强调的是：在改变检测位置时，一定要注意现场状况，如电缆沟、树木、拉线、水沟、马路沿等，防止摔跌。如在马路附近，还应注意过往车辆。在检测过程中要格外注意检测人员两侧、上方及后方的物体，防止碰撞。

在近距离观察被测设备时，一定要保持人体与带电设备之有足够的安全距离。

（2）正确选择发射率及测温范围。用某一发射率检测发现设备异常后，如果需要精确检测，为提高检测准确性，满足故障分析的需要，一定要参考被检测设备的辐射率，选择红外仪器的发射率。不同部位对比检测时，要在同一方位、同一角度、同一距离进行，尽量减小发射率的影响，一般检测，被测设备的辐射率取0.9左右。

（3）避开背景辐射的影响。现场检测中除严格遵守设备带电红外检测的相关规程之外，还需强调红外检测工作的特殊性。防止环境温度的影响，尽量避开三伏和三九，春季4～5月适宜，秋季9～10月最佳。户外设备检测应选择在阴天、日出前或日落后一段时间内，最好在晚上。检测工作至少由两人进行，户内设备检测时，应关闭照明灯具。

在进行带电设备红外检测时，尽量避开其他热源辐射的干扰，如灯泡、烟囱、发热管道、人体及太阳光反射等情况，防止大气中物质的影响。由于红外线在传输路径大气中存在水汽、一氧化碳、甲烷和悬浮微粒，使其衰减，因此，检测应尽量安排在大气较干燥的季节进行。

（4）防止运行状态的影响（电流制热型设备宜在设备满负荷时检测；电压制热型设备宜在额定电压下检测，电流越小越好）。

（5）带电设备红外检测诊断资料整理。红外检测资料包括现场检测记录和红外诊断报告。

红外检测记录包括：①检测时间及人员；②天气条件（雾、阴、晴、温度、湿度、风速）；③测试距离；④热像仪发射率；⑤设备运行负荷；⑥设备额定负荷；⑦设备编号；⑧缺陷部位；⑨缺陷部位温度；⑩正常相温度；輥輯訛环境温度参照体温度；輥輰訛红外图谱及可见光图像。

红外诊断报告是为设备健康水平做出的正式书面报告，是指导设备检修及消缺的依据，应在检测记录的基础上由检测人员依据有关标准进一步地整理分析，结合设备运行工况的历史进行红外图谱分析，作出对设备缺陷性质的判断。

有条件时，单位应对设备建立历年的红外诊断档案。

在重视高压电气设备红外检测的同时，要加强对二次设备及控制回路和低压设备的检测。二次回路本属于低电压小电流运行的设备，其过热缺陷往往不受重视。通过实践发现，二次接触不良，不但引起导线本身过热，还会引起铁芯过热，使绝缘老化，甚至造成保护误动。严重时还会引发火灾事故，如二次电缆及直流设备的火灾事故。所以对二次设备、低压设备和控制回路的红外检测也应引起足够的重视。

红外检测人员要有强烈的责任心和安全意识，不仅要当好“化验员”，也要争取当好“医生”。这就要求我们在做好设备红外检测的同时也做好故障分析诊断工作，为设备安全的可靠运行及真正实现状态检修作出贡献。