馬一丁 董宇哲

正常運行的配電設(shè)備，由于電流、電壓的作用將產(chǎn)生發(fā)熱.主要包括電流效應(yīng)引起的發(fā)熱和電壓效應(yīng)引起的發(fā)熱。當(dāng)配電設(shè)備存在缺陷或故障時，缺陷或故障部位的溫度就會產(chǎn)生異常變化。從而引起設(shè)備的局部發(fā)熱，假設(shè)未能及時發(fā)現(xiàn)并及時制止這些隱患的發(fā)展，最終會促成設(shè)備故障或事故的發(fā)生，嚴(yán)重的會擴(kuò)大成電網(wǎng)事故。

一、引言

因配電設(shè)備故障導(dǎo)致的的事故經(jīng)常會造成大量的財產(chǎn)損失，同時也對人身安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。因此人們越來越關(guān)注配電設(shè)備的安全運行，這也成為實際生產(chǎn)和日常生活中必須解決的問題。

目前，我國大多企業(yè)和民用配電設(shè)備為了確保配電設(shè)備的安全運行，都定期停機(jī)進(jìn)行維修和檢測，這在一定程度上減少了設(shè)備發(fā)生故障的概率，提高了運行的安全系數(shù)，延長了設(shè)備的使用年限。但隨著對設(shè)備故障的研究水平的提高，人們又逐步認(rèn)識到停機(jī)進(jìn)行維修和檢查存在著一定的缺陷，一些潛在的故障在停機(jī)狀態(tài)下難以發(fā)現(xiàn)，并且一些不必要的維修和檢測，不僅浪費了時間，也浪費了維護(hù)成本。同時，在進(jìn)行定期的維修檢測過程中，人為因素也可能造成一些新的故障和隱患。因此，紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展，基于紅外熱成像的設(shè)備在線檢測得到了普遍的應(yīng)用，其應(yīng)用方面越來越廣泛，特別是對于配電設(shè)備的潛在故障檢測，紅外熱成像具有非接觸、安全、快速、大面積掃描和不需停機(jī)就能進(jìn)行檢測等諸多優(yōu)點，通過紅外熱像儀獲取的設(shè)備紅外圖像為基礎(chǔ)的故障診斷成為一個非常有意義的研究方向。

二、紅外熱像儀檢測方法研究現(xiàn)狀

紅外線測溫診斷方法主要有表面溫度判斷法、相對溫差判斷法、同類比較法、熱譜圖分析法、檔案分析法五種。其中表面溫度判斷法就是當(dāng)前生產(chǎn)試驗人員普遍運用的一種方法，此方法就是根據(jù)測得的設(shè)備表面溫度值，對照有關(guān)規(guī)定，凡溫度（或溫升）超過標(biāo)準(zhǔn)者可根據(jù)設(shè)備溫度超標(biāo)的程度、設(shè)備的重要性及設(shè)備承受機(jī)械應(yīng)力的大小來確定設(shè)備缺陷的性質(zhì)，而大多生產(chǎn)人員往往即簡化地根據(jù)設(shè)備是否發(fā)熱及發(fā)熱的絕對溫度來主觀臆斷設(shè)備是否處于缺陷及缺陷程度，因此此種方法的主觀決定性太強(qiáng)，判據(jù)缺乏可靠性，往往引起誤判。筆者個人認(rèn)為相對溫差判斷法及同類比較法在現(xiàn)場判定更具有客觀性及正確性。

1.相對溫差法，顧名思義即是根據(jù)相對溫差判定的方法。相對溫差即兩個對應(yīng)測點之間的溫差與其中較熱點的溫升之比的百分?jǐn)?shù)。

溫升——用同一檢測儀器相繼測得的被測物表面溫度和環(huán)境溫度參照體表面溫度之差。

溫差——用同一檢測儀器相繼測得的不同被測物或同一被測物不同部位之間的溫度差。

2.環(huán)境溫度參照體——用來采集環(huán)境溫度的物體叫環(huán)境溫度參照體。它可能不具有當(dāng)時的真實環(huán)境溫度，但它具有與被測物相似的物理屬性，并與被測物處在相似的環(huán)境之中。如：對于配電箱內(nèi)塑殼斷路器而言，若測得頂部金屬連片發(fā)熱，那么環(huán)境溫度參照體則能選擇類似金屬連片或材料相同的金屬部件，而不能選擇其他元器件或其他材質(zhì)的金屬等。

3.同類比較法即是在同型號同廠家的設(shè)備之間比較。同類比較法可分為電流致熱型設(shè)備及電壓致熱型設(shè)備比較。在同一電氣回路中，當(dāng)三相電流對稱和三相（或兩相）設(shè)備相同時，比較三相（或兩相）電流致熱型（如電流互感器）設(shè)備對應(yīng)部位的溫升值，可判斷設(shè)備是否正常。若三相設(shè)備同時出現(xiàn)異常，可與同回路的同類設(shè)備比較。當(dāng)三相負(fù)荷電流不對稱時，應(yīng)考慮負(fù)荷電流的影響。對于型號規(guī)格相同的電壓致熱型設(shè)備，可根據(jù)其對應(yīng)點溫升值的差異來判斷設(shè)備是否正常。電壓致熱型設(shè)備的缺陷宜用允許溫升或同類允許溫差的判斷依據(jù)確定。一般情況下，當(dāng)同類溫差超過允許溫升值的30%時，應(yīng)定為重大缺陷。當(dāng)三相電壓不對稱時應(yīng)考慮工作電壓的影響。

4.熱譜圖分析法是根據(jù)同類設(shè)備在正常狀態(tài)和異常狀態(tài)下的熱譜圖的差異來判斷設(shè)備是否正常。檔案分析法則是分析同一設(shè)備在不同時期的檢測數(shù)據(jù)（例如溫升、相對溫差和熱譜圖），找出設(shè)備致熱參數(shù)的變化趨勢和變化速率，以判斷設(shè)備是否正常。

三、存在問題和發(fā)展趨勢

紅外熱像儀檢測就現(xiàn)有的檢測方法和判斷依據(jù)在實際應(yīng)用中還存在如下局限性。

1.紅外熱成像受環(huán)境影響的局限性

當(dāng)在戶外或者陽光直射的位置進(jìn)行配電設(shè)備故障紅外檢測時，檢測儀器接收到的紅外輻射，除包括被測設(shè)備相應(yīng)部位自身的輻射以外，還會包括設(shè)備其他部位、背景的輻射及直接入射或經(jīng)背景反射與散射的太陽輻射，這些來自目標(biāo)以外的輻射都將給故障檢測帶來影響。

在夏季，有過高的大氣環(huán)境溫度，在熱平衡狀態(tài)下，即使設(shè)備未投人運行也會有較高溫度。而在嚴(yán)冬因大氣溫度過低，設(shè)備與環(huán)境溫差越大散熱也越快。因而故障點與正常部位之間的溫差，不利于過熱故障的暴露與識別。

許多設(shè)備（如避雷器等）都有較大熱容量，要使內(nèi)部故障發(fā)熱傳遞到表面需要較長時間，會給故障檢測帶來不利影響。

風(fēng)力（風(fēng)速）也是影響設(shè)備表面對流散熱的重要因索，風(fēng)速越大、對流散熱量越多。并且，與環(huán)境大氣溫差越大，對流散熱量也越多。因此，隨著風(fēng)速增大，不僅降低良好設(shè)備表面相對環(huán)境大氣的溫升，而且也降低電氣設(shè)備有無故障部位或相間（如故障接頭與線路導(dǎo)線、故障相套管與無故障相套管、絕緣子串中劣化與良好瓷瓶）溫差。

大氣中以水蒸汽及面2為主的氣體分子對一定波長的紅外線有選擇性的吸收作。

2.紅外熱像儀使用成本

紅外熱像儀屬于高新技術(shù)產(chǎn)品，價格不菲。普通進(jìn)口的紅外熱像儀，在沒有錄音、溫度補償設(shè)置、最大溫差顯示、最高溫追蹤及更改存儲圖片格式等輔助功能的設(shè)備價格在6～15萬元之間。

四、電氣設(shè)備主要故障模式

配電設(shè)備中，往往由于出現(xiàn)故障而導(dǎo)致設(shè)備運行的溫度狀態(tài)發(fā)生異常。通常，配電設(shè)備的缺陷故障的發(fā)生總要伴隨相應(yīng)的熱量損耗的產(chǎn)生：

1.接觸性故障，其發(fā)熱是由電流作用在導(dǎo)電電阻上產(chǎn)生的，此類發(fā)熱主要出現(xiàn)在導(dǎo)電部件的聯(lián)結(jié)、連接及接觸處。如果由于某種原因引起導(dǎo)流回路連接故障，就會引起接觸電阻增大，當(dāng)負(fù)荷電流通過時，必然導(dǎo)致局部過熱；

2.介質(zhì)性故障，其發(fā)熱是通過電壓作用產(chǎn)生的，此類發(fā)熱主要出現(xiàn)在電容器、互感器內(nèi)部介質(zhì)損耗及劣化等問題上。如果配電設(shè)備的絕緣部分出現(xiàn)性能劣化或絕緣故障，將會引起絕緣介質(zhì)損耗增大，在運行電壓作用下也會出現(xiàn)過熱；

3.因絕緣表面臟污、受潮等因素導(dǎo)致的表面泄露電流增大而引起的發(fā)熱功率，其發(fā)熱是由泄漏電流引起的，此類發(fā)熱主要出現(xiàn)在瓷瓶及瓷套管因污穢、受潮等因素導(dǎo)致的泄漏電流增大問題上。

4.具有磁回路的電氣設(shè)備，由于磁回路漏磁、磁飽和或鐵心片間絕緣局部短路造成鐵損增大，會引起局部環(huán)流或渦流發(fā)熱

五、配電設(shè)備缺陷判定方法研究

得到設(shè)備準(zhǔn)確溫度值以后，若設(shè)備溫度異常，則應(yīng)在表面溫度判斷法的基礎(chǔ)上充分結(jié)合相對溫差判斷法及同類比較法進(jìn)行初步判定，現(xiàn)場得出初步結(jié)論，若有條件，能結(jié)合熱普圖分析法及檔案分析法，多方比較，現(xiàn)場得出最后結(jié)論。上表中列出了缺陷的三種性質(zhì)：一般缺陷，是指對近期安全運行影響不大的缺陷?？闪腥肽辍⒓径葯z修計劃中消除；重大缺陷，是指缺陷比較重大，但設(shè)備仍可在短期內(nèi)繼續(xù)安全運行的缺陷。應(yīng)在短期內(nèi)消除，消除前應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視；緊急缺陷，是指嚴(yán)重程度已使設(shè)備不能安全運行，隨時可能導(dǎo)致發(fā)生事故或危及人身安全的缺陷。必須盡快消除或采取必要的安全技術(shù)措施進(jìn)行處理。我們對缺陷作出結(jié)論時需謹(jǐn)慎，結(jié)論的誤判可能會導(dǎo)致設(shè)備的不必要停電，影響供電可靠性或?qū)е略O(shè)備的漏檢，從而引發(fā)人員責(zé)任設(shè)備事故甚至電網(wǎng)事故或人身傷亡事故。

六、結(jié)論

依據(jù)配電設(shè)備熱缺陷的判據(jù)，通過熱圖像采集和軟件分析，對影響熱缺陷判斷的環(huán)境因素和人為因素進(jìn)行識別，為正確診斷配電設(shè)備熱缺陷進(jìn)行指導(dǎo)。建立同一設(shè)備在不同時期的檢測數(shù)據(jù)（例如溫升、相對溫差和熱譜圖）檔案，找出設(shè)備致熱參數(shù)的變化趨勢和變化速率。

由于紅外熱成像儀靠溫差成像，而一般目標(biāo)溫差都不大，因此紅外熱圖像對比度低，使分辨細(xì)節(jié)能力變差。而且像窗戶玻璃這種透明的障礙物，使紅外熱成像儀探測不到其后物體的溫差，因而不能透過透明的障礙物看清目標(biāo)。這時就需要采集配電設(shè)備的負(fù)荷數(shù)據(jù)（電流、電壓、功率），加以分析。

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（作者單位：新東北電氣集團(tuán)高壓開關(guān)有限公司）

作者簡介

馬一丁，男，單位：新東北電氣集團(tuán)高壓開關(guān)有限公司。