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[摘 要]近年来红外测温技术已在变电运行工作中广泛应用,特别是在500kV变电站中,由于在线监控系统尚未成熟推广,涉及红外测温技术人工巡检仍不可代替。使用红外测温不仅可以直接发现设备隐患,一些间接的及其隐蔽的缺陷也可由红外测温技术即时展现出来,将对设备维护及时消缺,跟踪设备检修,保障安全稳定提高可靠依据。本文简要论述了红外测温技术的基本原理、控制分析、及在运行维护中的应用,并在此基础上对红外测温技术的发展趋势进行研究与展望。
[关键词]红外测温 人工巡检 运行维护 发展趋势
中图分类号:C35 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)27-0361-01
1.带电设备的发热的主要机理及主要表现
1.1 电阻损耗增大发热
导体都有电阻,当电流通过导体时,必然有一部分电能按焦耳—楞茨定律变成热损耗的形式消耗掉。对于电阻损耗增大的发热故障来说,其发热功率与通过的负荷电流的平方成正比,而与运行电压无关。因此,也称电阻损耗增大的发热故障为电流效应引起的发热故障。在高压输电线路和电力电缆中,电流效应引起的发热故障主要集中在连接部位。
1.2 介质损耗增大发热
在输电线路和电力电缆中,除了导电回路以外,由固体或液体(例如绝缘油等)电介质构成的绝缘结构也是重要的组成部分,电介质在交变电压作用下引起的能量损耗,通常称为介质损耗。对于绝缘电介质由于介质损耗产生的发热功率,与其运行电压的平方成正比,而与导体的负荷电流无关。因此,也称这种发热损耗故障为电压效应引起的发热故障。输电线路的介质损耗发热故障主要发生在绝缘子和避雷器。
2.影响红外检测结果的因素及控制措施
2.1 红外测温仪的工作原理
红外测温仪是以普朗克辐射定律为依据,通过红外探测器对被测目标红外辐射能量进行测量,但是在测量时,红外探测器还接受了被测目标周围环境的红外辐射和这些辐射经过目标表面反射的能量。测量结果与被测目标特性(温度、辐射率)、测温仪性能(瞬时视场角、工作波段、光谱响应)、测量距离、测量角度及外界环境等因素都有关系。
2.2 影响红外测温仪测量结果的因素及控制措施
(1)根据测量目标的发热性质,正确选择合理测温范围的测温仪
红外测温仪通常按照温度可分为3类:100℃以下的低温测温仪;100—700℃的中温测温仪;700—3200℃的高温测温仪。
(2)根据测量目标的发射率和表面特性,选择测温仪的光谱响应或波长。
(3)根据测量目标的大小和距离远近,正确选择合理距离系数(光学分辨率)的测温仪。距离系数是由测温仪探头到测量目标的距离D与和测量目标的直径S之比值来确定。
(4)红外檢测时,尽可能选择测温仪的光轴与被测目标垂直方向,这样的测量角度下,视场角和目标辐射表面的投影面积最大,可以缩小误差。
(5)发热体为圆形物体时,应从不同方位进行观测,找出最热点的温度值与电流致热缺陷相比,电压致热缺陷的发热点温升有可能不很大,一般仅十几度甚至几度,更应该注意测量方法。
(6)外检测时,一般先用红外检测设备对全部应测部位进行扫描,找出热态异常位置,然后对异常位置和重点检测设备进行准确测温。
3.红外测温技术的判断方法
主要判断方法有以下三种:
3.1 相对温差判断法
对电流致热型设备,若发现设备导流部分热态异常应进行准确测温,按公式[(T1一T0)÷(T1一T0)]×100%算出相对温差值,判据为DL/T664—1999《带电设备红外诊断技术应用导则》表1;T0为发热点的温度;T1为正常相的温度;T0为环境参照体的温度。
3.2 同类比较法
对于型号相同的电压致热型设备,可根据其对应点温升值的差异来判断设备是否正常。电压致热型设备的缺陷宜用允许温升或同类允许温差的判断依据确定。当同类温度超过允许温升值的30%时应定为重大缺陷。当三相电压不对称时应考虑工作电压的影响;
4.红外测温技术存在的不足
现有的红外热成像仪只能根据监测运行设备当时的情况,不能实现动态监测,更不能预测未来的情况并及时报警。此外,在巡检过程中人员的责任心、巡检时间间隔等也是比较突出的问题,这样造成很多缺陷不能被及时发现,往往等到缺陷扩大造成设备损伤时才被发现。
5.红外测温技术的应用
设备巡视是变电站运行人员每天都必须进行的一项重要工作。其手段方法一般就是日测、手摸和耳听设备的运行情况,其中又以目测为主。但目测的方法有着很大的局限性,对一些有发展性的缺陷较难准确发现,特别是一些在运行中较易发热的设备缺陷.要到设备发热到一定的程度后(一般都已造成运行设备不同程度的损坏)才能被发现,这样就给设备缺陷的及时发现和处理造成延误。现在注油设备越来越少,以前较常出现的设备渗漏油现象也较少出现了。但设备异常发热的问题却占设备缺陷的大部分。用示温蜡片对设备的发热缺陷检测,有时不能发现业已存在的故障,有时则误削为出线接头发热,致使一些开关本体内的故障得不到及时处理。在设备巡视中利用红外成像测温技术既能解决上述问题.亦能在很大程度提高运行人员发现设备缺陷的能力,特别是在设备的迎峰度夏和重大节假日期间对保证供电起到了很大的作用。
7.结语
红外测温技术的发展应用给运行人员的工作带来了很大的方便,防止由于设备缺陷不能及时被发现,而引发不必要的事故,甚至造成威胁运行人员和设备安全的情形。运行维护中,不仅要掌握红外测温技术还要掌握对红外测温图谱的各种分析方法,并且能从中准确的判断出设备的缺陷所在。不断地研究与学习,提出适用于不同变电站的红外测温技术,随着科技的发展,结合设备状态在线检测技术,红外动态实时监测也会逐渐融入变电站的日常巡视维护中,提升电网的智能化水平,提高电网的稳定可靠性。
[关键词]红外测温 人工巡检 运行维护 发展趋势
中图分类号:C35 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)27-0361-01
1.带电设备的发热的主要机理及主要表现
1.1 电阻损耗增大发热
导体都有电阻,当电流通过导体时,必然有一部分电能按焦耳—楞茨定律变成热损耗的形式消耗掉。对于电阻损耗增大的发热故障来说,其发热功率与通过的负荷电流的平方成正比,而与运行电压无关。因此,也称电阻损耗增大的发热故障为电流效应引起的发热故障。在高压输电线路和电力电缆中,电流效应引起的发热故障主要集中在连接部位。
1.2 介质损耗增大发热
在输电线路和电力电缆中,除了导电回路以外,由固体或液体(例如绝缘油等)电介质构成的绝缘结构也是重要的组成部分,电介质在交变电压作用下引起的能量损耗,通常称为介质损耗。对于绝缘电介质由于介质损耗产生的发热功率,与其运行电压的平方成正比,而与导体的负荷电流无关。因此,也称这种发热损耗故障为电压效应引起的发热故障。输电线路的介质损耗发热故障主要发生在绝缘子和避雷器。
2.影响红外检测结果的因素及控制措施
2.1 红外测温仪的工作原理
红外测温仪是以普朗克辐射定律为依据,通过红外探测器对被测目标红外辐射能量进行测量,但是在测量时,红外探测器还接受了被测目标周围环境的红外辐射和这些辐射经过目标表面反射的能量。测量结果与被测目标特性(温度、辐射率)、测温仪性能(瞬时视场角、工作波段、光谱响应)、测量距离、测量角度及外界环境等因素都有关系。
2.2 影响红外测温仪测量结果的因素及控制措施
(1)根据测量目标的发热性质,正确选择合理测温范围的测温仪
红外测温仪通常按照温度可分为3类:100℃以下的低温测温仪;100—700℃的中温测温仪;700—3200℃的高温测温仪。
(2)根据测量目标的发射率和表面特性,选择测温仪的光谱响应或波长。
(3)根据测量目标的大小和距离远近,正确选择合理距离系数(光学分辨率)的测温仪。距离系数是由测温仪探头到测量目标的距离D与和测量目标的直径S之比值来确定。
(4)红外檢测时,尽可能选择测温仪的光轴与被测目标垂直方向,这样的测量角度下,视场角和目标辐射表面的投影面积最大,可以缩小误差。
(5)发热体为圆形物体时,应从不同方位进行观测,找出最热点的温度值与电流致热缺陷相比,电压致热缺陷的发热点温升有可能不很大,一般仅十几度甚至几度,更应该注意测量方法。
(6)外检测时,一般先用红外检测设备对全部应测部位进行扫描,找出热态异常位置,然后对异常位置和重点检测设备进行准确测温。
3.红外测温技术的判断方法
主要判断方法有以下三种:
3.1 相对温差判断法
对电流致热型设备,若发现设备导流部分热态异常应进行准确测温,按公式[(T1一T0)÷(T1一T0)]×100%算出相对温差值,判据为DL/T664—1999《带电设备红外诊断技术应用导则》表1;T0为发热点的温度;T1为正常相的温度;T0为环境参照体的温度。
3.2 同类比较法
对于型号相同的电压致热型设备,可根据其对应点温升值的差异来判断设备是否正常。电压致热型设备的缺陷宜用允许温升或同类允许温差的判断依据确定。当同类温度超过允许温升值的30%时应定为重大缺陷。当三相电压不对称时应考虑工作电压的影响;
4.红外测温技术存在的不足
现有的红外热成像仪只能根据监测运行设备当时的情况,不能实现动态监测,更不能预测未来的情况并及时报警。此外,在巡检过程中人员的责任心、巡检时间间隔等也是比较突出的问题,这样造成很多缺陷不能被及时发现,往往等到缺陷扩大造成设备损伤时才被发现。
5.红外测温技术的应用
设备巡视是变电站运行人员每天都必须进行的一项重要工作。其手段方法一般就是日测、手摸和耳听设备的运行情况,其中又以目测为主。但目测的方法有着很大的局限性,对一些有发展性的缺陷较难准确发现,特别是一些在运行中较易发热的设备缺陷.要到设备发热到一定的程度后(一般都已造成运行设备不同程度的损坏)才能被发现,这样就给设备缺陷的及时发现和处理造成延误。现在注油设备越来越少,以前较常出现的设备渗漏油现象也较少出现了。但设备异常发热的问题却占设备缺陷的大部分。用示温蜡片对设备的发热缺陷检测,有时不能发现业已存在的故障,有时则误削为出线接头发热,致使一些开关本体内的故障得不到及时处理。在设备巡视中利用红外成像测温技术既能解决上述问题.亦能在很大程度提高运行人员发现设备缺陷的能力,特别是在设备的迎峰度夏和重大节假日期间对保证供电起到了很大的作用。
7.结语
红外测温技术的发展应用给运行人员的工作带来了很大的方便,防止由于设备缺陷不能及时被发现,而引发不必要的事故,甚至造成威胁运行人员和设备安全的情形。运行维护中,不仅要掌握红外测温技术还要掌握对红外测温图谱的各种分析方法,并且能从中准确的判断出设备的缺陷所在。不断地研究与学习,提出适用于不同变电站的红外测温技术,随着科技的发展,结合设备状态在线检测技术,红外动态实时监测也会逐渐融入变电站的日常巡视维护中,提升电网的智能化水平,提高电网的稳定可靠性。