帶電設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)旨在基于一定的檢測(cè)與診斷方法，通過(guò)有效掌握設(shè)備狀態(tài)來(lái)確保設(shè)備經(jīng)濟(jì)、安全可靠的運(yùn)行。而發(fā)電廠傳統(tǒng)的電力設(shè)備維護(hù)都是采取定檢方式，這大大增加了發(fā)電企業(yè)的成本。電力設(shè)備故障往往以設(shè)備相關(guān)部位的溫度或熱狀態(tài)變化表現(xiàn)出來(lái)，在設(shè)備不停電的情況下，借助紅外檢測(cè)技術(shù)可及時(shí)找出設(shè)備發(fā)熱的異常位置，為設(shè)備故障消缺提供指導(dǎo)。

較傳統(tǒng)定檢方式，紅外檢測(cè)可不停電，對(duì)設(shè)備無(wú)損害，并且可掌握設(shè)備的熱狀態(tài)變化，合理安排檢修時(shí)間。這種檢測(cè)技術(shù)在預(yù)防電力設(shè)備突發(fā)性故障、保障電網(wǎng)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行等方面發(fā)揮著重要作用。

紅外檢測(cè)技術(shù)借助紅外檢測(cè)理論的發(fā)展，在電力系統(tǒng)檢測(cè)中有著愈來(lái)愈高的地位。目前，紅外檢測(cè)技術(shù)促進(jìn)了發(fā)電企業(yè)從計(jì)劃?rùn)z修向狀態(tài)檢修的過(guò)渡，應(yīng)用紅外熱像儀對(duì)運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行跟蹤與分析，可有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷發(fā)展程度與熱狀態(tài)變化，為電力設(shè)備狀態(tài)分析提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。

1 紅外檢測(cè)技術(shù)理論基礎(chǔ)（略）

1.1 紅外輻射基本理論

鑒于實(shí)際情況較為復(fù)雜，在科研中一般從簡(jiǎn)單的黑體模型來(lái)研究物體的輻射規(guī)律。黑體的輻射系數(shù)與吸收系數(shù)均為1，但實(shí)際中物體的這兩個(gè)系數(shù)并不等于1，因而黑體是一種理想模型，該模型可被用于輻射規(guī)律的理論研究，隨著紅外技術(shù)應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，對(duì)紅外輻射的相關(guān)理論研究顯得尤為重要。

黑體輻射規(guī)律體現(xiàn)了物體發(fā)射紅外電磁波波長(zhǎng)與溫度的定量關(guān)系。普朗克黑體輻射定律描述了輻射波波長(zhǎng)隨溫度的變化規(guī)律，該規(guī)律是紅外測(cè)溫技術(shù)研究領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)。

1.2 紅外測(cè)溫原理

紅外測(cè)溫由所測(cè)量設(shè)備表面的溫度來(lái)判斷設(shè)備正常與否的狀態(tài)，是采用紅外探測(cè)技術(shù)獲取設(shè)備基本的紅外狀態(tài)信息并進(jìn)行顯示的技術(shù)。紅外光的波長(zhǎng)為0.76～1000mm，任何溫度大于-273℃的物體都會(huì)發(fā)出紅外光，屬于不可見(jiàn)光的范圍。紅外測(cè)溫?zé)嵯裨砣鐖D1所示。物體的輻射功率會(huì)隨著溫度的微小變化而發(fā)生巨大變化。

圖1 紅外測(cè)溫?zé)嵯裨韴D

1.3 紅外檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)與影響因素

紅外檢測(cè)是基于紅外輻射原理，通過(guò)掃描、觀察或記錄被檢測(cè)工件表面由于缺陷或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不連續(xù)所引起的熱量，向深層傳遞的差別而導(dǎo)致表面溫度場(chǎng)發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)。

利用紅外圖像對(duì)設(shè)備表面溫度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)定與評(píng)估對(duì)象設(shè)備狀態(tài)的紅外熱像檢測(cè)技術(shù)，與傳統(tǒng)離線(xiàn)檢測(cè)和預(yù)防性試驗(yàn)相比有如下特點(diǎn)，見(jiàn)表1。

表1 紅外熱像檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)

由于具備上述獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，紅外熱像檢測(cè)現(xiàn)已被公認(rèn)為最具前途的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)之一，在社會(huì)各領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，產(chǎn)生的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。

紅外檢測(cè)技術(shù)通過(guò)測(cè)量輻射能來(lái)計(jì)算物體表面的溫度，因而其測(cè)量精度受被測(cè)設(shè)備背景輻射、表面發(fā)射率、大氣衰減、環(huán)境溫度、空氣中的塵埃和測(cè)量距離等因素的影響。

2 帶電設(shè)備紅外檢測(cè)與故障診斷

帶電設(shè)備的正常運(yùn)行與故障發(fā)生均與發(fā)熱溫升有著密切聯(lián)系。使設(shè)備發(fā)熱的原因有很多，例如：①介質(zhì)發(fā)熱；②接觸電阻發(fā)熱；③泄漏電流和電壓分布不均勻發(fā)熱；④缺油；⑤漏磁或渦流發(fā)熱。

2.1 帶電設(shè)備熱故障的類(lèi)型

從紅外診斷的角度，可將電力設(shè)備故障分為內(nèi)部故障和外部故障。

1）內(nèi)部故障。主要因設(shè)備內(nèi)部的絕緣介質(zhì)劣化和電氣回路老化或故障所導(dǎo)致。這類(lèi)故障出現(xiàn)在電氣設(shè)備內(nèi)部，反映在設(shè)備外表的溫升很小，一般只有幾開(kāi)爾文。內(nèi)部故障的特點(diǎn)是，溫升小，故障比例相對(duì)較小，對(duì)紅外檢測(cè)設(shè)備要求高，危害大。

2）外部故障。主要是指某些連接件、觸頭或接頭因連接不良造成接觸電阻增大，導(dǎo)致該部位的電阻損耗升高，從而產(chǎn)生局部過(guò)熱。外部故障如不能及時(shí)處理，則易快速劣化，造成損失和事故。該外部故障類(lèi)型具有易用紅外熱像儀發(fā)現(xiàn)且局部溫升高的特點(diǎn)。

2.2 帶電設(shè)備熱故障的危害

電力系統(tǒng)溫升可使設(shè)備機(jī)械性能降低、設(shè)備絕緣性能下降以及導(dǎo)體連接部位發(fā)生故障。電力設(shè)備熱故障造成的影響主要有以下幾方面。

1）機(jī)械性能降低

電力設(shè)備材料的機(jī)械性能會(huì)隨設(shè)備的發(fā)熱溫升而降低。如果處在高溫環(huán)境和工況下的帶電設(shè)備散熱性能欠佳，設(shè)備的機(jī)械性能就會(huì)由于高溫出現(xiàn)熱氧化現(xiàn)象而明顯下降，甚至劣化為設(shè)備機(jī)械部件彎曲變形，進(jìn)而引發(fā)各種不可預(yù)知的故障。

因此，對(duì)電力設(shè)備的發(fā)熱問(wèn)題必須足夠重視，將溫升控制在允許范圍之內(nèi)，以確保設(shè)備帶電時(shí)的運(yùn)行安全。

2）絕緣性能劣化

電力設(shè)備的耐熱性直接影響設(shè)備的絕緣性能。其耐熱性能以設(shè)備正常運(yùn)行的溫升上限為衡量基準(zhǔn)，這將直接決定設(shè)備中導(dǎo)體部分允許通過(guò)的最大電流，并以此確保系統(tǒng)各帶電設(shè)備穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

3）金屬連接部件故障

溫升會(huì)在設(shè)備的金屬連接部件表面產(chǎn)生一層氧化膜，使得連接部位的接觸電阻迅速變大，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)熱問(wèn)題進(jìn)一步惡化。發(fā)熱溫度在達(dá)到設(shè)備金屬部件導(dǎo)體的熔點(diǎn)后，輕則引起設(shè)備金屬連接部件熔化，重則引發(fā)火災(zāi)等事故。

3 帶電設(shè)備故障紅外檢測(cè)規(guī)范

3.1 熱故障的紅外診斷判據(jù)

紅外檢測(cè)技術(shù)對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的方法有兩種，分別是主動(dòng)式檢測(cè)和被動(dòng)式檢測(cè)。通常對(duì)電力設(shè)備的檢測(cè)都屬于被動(dòng)式檢測(cè)的范疇。

針對(duì)電力設(shè)備各種損耗發(fā)熱的情況，結(jié)合DL/T 664—2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》，對(duì)電力設(shè)備紅外成像診斷方法和分析進(jìn)行介紹。

1）表面溫度判斷法

表面溫度判斷法在電磁設(shè)備鐵損或電流熱效應(yīng)引發(fā)溫升的情況下比較適用。但該方法缺乏對(duì)設(shè)備故障缺陷的預(yù)見(jiàn)性，只能判斷檢測(cè)當(dāng)時(shí)運(yùn)行工況下的設(shè)備缺陷或故障。

該方法有較強(qiáng)的適用性、直觀明了，但更傾向于應(yīng)用在設(shè)備負(fù)荷較大或發(fā)熱較明顯的情況，因而在帶電設(shè)備外部或表面存在發(fā)熱故障時(shí)效果顯著。若由表面溫度判斷法檢測(cè)到設(shè)備發(fā)熱嚴(yán)重，且溫升超過(guò)設(shè)備允許的溫度上限時(shí)，則需盡快安排專(zhuān)業(yè)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行停電檢修消缺。

2）同類(lèi)比較判斷法

同類(lèi)比較判斷法用于同樣環(huán)境下同型號(hào)電力設(shè)備在相同工況時(shí)對(duì)比，通過(guò)比較同型號(hào)設(shè)備在相同位置相同工況下的溫升狀況，從縱向與橫向兩個(gè)方向比較，以判斷此類(lèi)設(shè)備是否正常運(yùn)行。

同類(lèi)比較判斷法適用于電壓致熱設(shè)備和電流致熱設(shè)備。測(cè)試經(jīng)驗(yàn)證明，在同類(lèi)電壓致熱型溫升允許范圍內(nèi)的判斷效果顯著。

3）熱像圖特征判斷法

熱像圖特征判斷法對(duì)于電壓致熱型設(shè)備比較適用，可依據(jù)非正常狀態(tài)與正常狀態(tài)下的熱像圖[15-16]，在排除各種因素干擾的情況下來(lái)分析某設(shè)備在不同狀況下的熱像圖，進(jìn)而判斷該設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否正常。

4）相對(duì)溫差判斷法（略）

為排除電力設(shè)備運(yùn)行工況差異的影響提出了相對(duì)溫差判斷法。當(dāng)環(huán)境溫度較低且設(shè)備的溫度未超過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)，對(duì)設(shè)備潛在的缺陷難以察覺(jué)，而負(fù)荷增長(zhǎng)或環(huán)境溫度上升很可能引發(fā)設(shè)備故障。經(jīng)驗(yàn)表明，若電力設(shè)備已存在缺陷或故障，則環(huán)境溫升較大時(shí)將直接威脅系統(tǒng)運(yùn)行的安全，甚至造成設(shè)備故障與安全事故。

該判斷方法通過(guò)檢測(cè)同型號(hào)和同工況電力設(shè)備之間的溫差來(lái)實(shí)現(xiàn)。若通過(guò)相對(duì)溫差判斷法判定◆t＞35%時(shí)，則應(yīng)盡快安排相關(guān)技術(shù)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行停電檢修。

5）檔案分析判斷法

歷史檔案分析判斷法是通過(guò)對(duì)比設(shè)備的歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。該方法對(duì)較為重要或者結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的電力設(shè)備有良好的判斷能力。分析同一設(shè)備不同時(shí)期的溫度場(chǎng)分布，找出設(shè)備致熱參數(shù)的變化，判斷設(shè)備是否正常。

在輔助其他檢測(cè)判斷方法，該方法能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行缺陷，排除故障隱患，通過(guò)設(shè)備在各時(shí)間段溫度場(chǎng)分布下的發(fā)熱參數(shù)變化情況，來(lái)判斷設(shè)備狀態(tài)是否正常。與此同時(shí)，結(jié)合其他判斷方法，可更準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的故障或缺陷，及時(shí)進(jìn)行消缺。可利用該判斷方法對(duì)大量歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，在解決存在隱患的細(xì)微故障方面效果顯著。

檔案分析判斷法需基于大量歷史數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，以此按規(guī)范對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和歸納分析，奠定未來(lái)設(shè)備維護(hù)的工作基礎(chǔ)。

6）實(shí)時(shí)分析判斷法

實(shí)時(shí)分析判斷法的實(shí)時(shí)性較好。該方法借助紅外熱像儀在時(shí)間尺度上觀察設(shè)備隨負(fù)載變化時(shí)的溫升情況，當(dāng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)某臺(tái)設(shè)備有發(fā)熱缺陷時(shí)，可采用本方法進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)；當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷有劣化時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行消缺。

3.2 電力設(shè)備熱故障等級(jí)分類(lèi)和判斷標(biāo)準(zhǔn)

1）熱故障缺陷等級(jí)分類(lèi)

標(biāo)準(zhǔn)DL/T 664—2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》規(guī)定，可根據(jù)電力設(shè)備熱故障缺陷的嚴(yán)重程度，將熱故障缺陷從一般熱故障、重大熱故障和緊急熱故障幾方面進(jìn)行劃分。

（1）一般熱故障

一般熱故障的電力設(shè)備有一定的溫升，但還能帶電運(yùn)行一段時(shí)間，屬于非特別緊急熱故障。值班工作人員需記錄溫升狀態(tài)的變化，若溫度繼續(xù)上行，則需趁定檢之際安排技術(shù)人員對(duì)故障進(jìn)行消缺。

（2）重大熱故障

重大熱故障較一般熱故障設(shè)備表面有著較大的溫度分布梯度，溫升明顯偏高。盡管系統(tǒng)可以在故障情況下短時(shí)間運(yùn)行，但需及時(shí)安排技術(shù)人員進(jìn)行消缺，以防故障惡化為事故。

（3）緊急熱故障

當(dāng)電力設(shè)備的溫度超過(guò)允許的溫度上限時(shí)，表明處于緊急熱故障狀態(tài)，為避免事故發(fā)生應(yīng)立即安排專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行停電檢修。檢修時(shí)務(wù)必要做好安全防護(hù)措施，防止出現(xiàn)人員傷亡的情況。

每個(gè)等級(jí)的熱故障缺陷都有對(duì)應(yīng)的溫度范圍與限值。外部熱故障的溫升限值遠(yuǎn)比同等級(jí)內(nèi)部熱故障的高，應(yīng)按設(shè)備缺陷管理流程對(duì)設(shè)備熱故障缺陷的溫度范圍進(jìn)行規(guī)范管理。

2）熱故障缺陷等級(jí)判斷標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)DL/T 664—2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》得到的部分電力設(shè)備熱缺陷判斷標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 部分電力設(shè)備熱缺陷判斷標(biāo)準(zhǔn)

4 華東某電廠穿墻套管紅外檢測(cè)案例

需要注意的是，在實(shí)際紅外檢測(cè)工作中應(yīng)有效結(jié)合上述6種判斷方法中的兩種或多種進(jìn)行分析，以達(dá)到更好的檢測(cè)判斷效果。下面通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)案例來(lái)分析電力設(shè)備紅外檢測(cè)方法與故障診斷的應(yīng)用。

2017年7月18日，在華東某電廠外銀2165出線(xiàn)穿墻套管的紅外檢測(cè)試驗(yàn)中，測(cè)得三相穿墻套管最高熱點(diǎn)溫度如圖2所示。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 穿墻套管最高熱點(diǎn)溫度（環(huán)境溫度：30℃）

圖2 檢修前ABC三相穿墻套管最高熱點(diǎn)溫度

在確保三相電流平衡的情況下，外銀2165線(xiàn)穿墻套管C相接頭線(xiàn)夾處最高熱點(diǎn)溫度達(dá)69.2℃，相間溫差為21.5℃，A相與B相接頭線(xiàn)夾的平均溫度TAB=(56.5+47.7)/2=52.1℃，即正常點(diǎn)的溫度T2= 52.1℃，環(huán)境溫度T0=30℃，發(fā)熱點(diǎn)溫度T1=69.2℃。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 664—2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》中相對(duì)溫差判斷法有δ=(69.2◆52.1)/(69.2◆30) 100%=43.6%

根據(jù)表面溫度判斷法和相對(duì)溫差判斷法，可判定35%＜δ＜80%，屬于一般缺陷，可知C相穿墻套管接頭線(xiàn)夾存在劣化問(wèn)題。提交紅外診斷結(jié)果至電廠單位，經(jīng)電廠相關(guān)技術(shù)人員對(duì)該穿墻套管進(jìn)行檢修消缺處理。

于2018年4月11日對(duì)該穿墻套管進(jìn)行紅外檢測(cè)復(fù)查。如圖3所示。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 穿墻套管最高熱點(diǎn)溫度（環(huán)境溫度：30.5℃）

圖3 檢修后ABC三相穿墻套管最高熱點(diǎn)溫度

根據(jù)前后兩次紅外檢測(cè)對(duì)比可知，經(jīng)電廠相關(guān)技術(shù)人員檢修消缺后，C相穿墻套管溫度從69.2℃降至31.1℃，恢復(fù)正常狀態(tài)，阻止了該故障進(jìn)一步惡化為更為嚴(yán)重的故障與事故，避免了電廠單位因此造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。

5 結(jié)論

實(shí)踐證明，紅外檢測(cè)技術(shù)可有效檢測(cè)并診斷帶電設(shè)備的故障狀態(tài)，為電力設(shè)備的狀態(tài)檢修提供有效支撐。應(yīng)用此技術(shù)可減小帶電設(shè)備事故的發(fā)生，降低發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，從而間接提高了經(jīng)濟(jì)效益。

盡管紅外檢測(cè)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，但大體依然停留在定性分析水平上。首先，在目前對(duì)實(shí)際問(wèn)題缺乏解析解的情況下，可將紅外檢測(cè)技術(shù)與帶電檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，從而更準(zhǔn)確判斷設(shè)備運(yùn)行狀況與故障缺陷，使帶電電力設(shè)備的檢修更加高效。此外，未來(lái)將進(jìn)一步關(guān)注紅外檢測(cè)技術(shù)在定量分析方面的動(dòng)態(tài)，并致力于開(kāi)展其在定量分析方面的研究工作。