借助红外热像仪分析电气隐患.pdf

文章编号:1004 289X(2013)01 0101 04借助红外热像仪分析电气隐患杨健，丁娜(沈阳电气传动研究所(有限公司)，辽宁沈阳110141)摘要:利用红外摄像仪的成像功能，将电气线路中的安全隐患降到最低。可以通过红外热像仪对电器元件表面温度及端子、导线等温度，将成像图片高温部分的数值做进一步分析，进而判定电气隐患所在。关键词:红外摄像仪;电气故障;元件发热点;发热点分析中图分类号:TM71文献标识码:BAnalying Electrical Trouble by an Infrared Thermal Imaging SystemYANG Jian，DING Na(Shenyang Electrical Driving Research Institute(Co，Ltd)，shenyang 110141，China)Abstract:With the imaging function of an infrared thrermeal imaging system，reduce safe hidden peril of electrin linesThe value of the high temperature parts of the imaging picture is fruther analyzed through the the surface temperature ofelectric components and the terminal and conductor temperatures，thus determining the places where the electric hidden-perilKey words:infrared imaging system;electric fault;heated point of component;heated point analysis1引言电气火灾一般是指各种发、送、变、配、用电设备及线路在带电运行状态下，由于非正常的原因，在电能转化为热能的过程中引燃可燃物而导致的火灾。还包括静电和雷电引起的火灾。除违章操作等偶然性原因外，相当一部分电气火灾是由于电气系统存在隐患并长期未被发现，特别是各种不同原因造成的局部过热或火花放电，在某种环境条件下导致周围可燃物被点燃，蔓延成灾。因此，需要定期对电气系统进行防火安全检查，及时发现和消防不安全隐患。传统的电气防火安全检查方法，主要依靠人的直接感官(手、眼、耳、鼻)来判断电气系统的外在表征和环境特征，辅以常用的电工仪表，测量系统的电压、电流、接地电阻等值。但是，电气系统的局部过热的火花放电往往由于处于十分隐蔽的部位，不容易被传统的检查所发现。2电力设备的红外检测与诊断电气防火检测技术现状借助于红外探测设备、超声探测设备等现代技术检测手段，能够在电气系统正常运行的状态下，实施非接触式检测，快捷地发现过热和火花放电部位。目前在火灾，包括电气火灾方面，先进的检测仪器仪表有:红外点温仪、红外热电视、红外热像仪、超声波探测仪、可燃气体探测仪、漏电电流检测仪、风速仪、声级计、照度计，、谐波分析仪等，在非接触，不断电，不影响受检单位正常工作的情形进行检测，以便能及时发现安全隐患，为消除火灾隐患提供科学技术依据。在世界各国，红外检测与诊断技术已经成为电力行业维护检测的重要工具。30 多年来，全世界数以千计的电力企业使用红外技术，以避免发生故障和电气火灾，提高运营可靠性。早在 20 世纪 80 年代，已将红外热成像技术广泛应用与电力设备的故障诊断及飞机巡线中，而且还有专门成立的学会、协会以及专门的检测机构从事红外诊断服务。从事红外诊断工作的人员，上岗前必须经过培训、考核取得相应的证件。在应用方面，如美国BG 公司将一台 AGEMA 公司生产的 750 型热成像仪装在卡车上，监视马里兰公司的大约 40000mile 长的101电气开关(2013 No 1)书书书供电线路及 176 个供电所，并完成全部变电所的检查，寻找高压设备的隐患。由于能及时发现隐患，每年节省 15000h 的停电时间。我国电力系统应用红外检测与诊断技术有 20 多年的历史，随着我国社会经济的不断发展，为了提高发供电的安全性、经济性和可靠性，国内省级及以上的电力试验和研究机构近几年应用红外成像仪器检测电力设备的缺陷比较普遍，并在实践中取得了相当的成效和经验。红外测温仪由于价格低、测温准，应用比较普及、但其只能单点检测，不能成像，效率低，容易漏测和误判。而红外成像技术由于检测效率高、技术先进、安全、不用停电等优点，是红外检测技术发展的方向。随着电力设备故障诊断技术的不断发展，现代红外技术不断成熟和日臻完善，电力设备的红外检测诊断技术作为一项简便、快捷的设备状态在线检测技术得到了快速发展。3电力设备的故障与检测分析方法电力设备的运行伴随着发热升温，其故障发展和形成过程，绝大多数都与发热升温紧密相连。电力设备的故障可以有多种多样，但是，从这些故障的红外诊断角度来讲，可以分为外部故障和内部故障两大类型。外部故障是指裸露在设备外部发生的故障，如长期暴露在大气环境中工作的裸露电气接头、裸露的导线、工作部件故障、设备表面污秽以及金属封装的设备箱体涡流过热等。这类故障因能直接暴露在红外检测仪器的视场范围内，检测方便、直观容易，对仪器要求不高，红外检测时很容易获得直观的有关故障信息。外部缺陷数量上占电力设备热缺陷的大部分。而内部故障是指封闭在固体绝缘、油绝缘及设备壳体内部的各种故障。内部热故障的特点是故障点封闭在绝缘材料或金属外壳内，由于红外线的穿透能力较弱，红外辐射基本不能穿透绝缘材料和设备外壳，所以无法直接用红外热成像装置检测内部热故障。但是内部热故障发热时间而且稳定，故障点的热量可以通过热传导和对流置换，与故障点周围的导体或绝缘材料发生热量传递，引起这些部位的温度升高。根据各种电力设备的内部结构和运行工况，依据传热学理论，并结合模拟试验、大量现场检测实例的统计分析和解体验证，从电力设备外部显现的温度分布热像图，分析判断与其相关的内部故障，从而对设备内部故障的性质、部位及严重程度作出判断。根据综合统计、内部故障占全部电力设备故障总数的 10%左右。内部故障虽然占的数量和比例较小，但它们的危害却远远大于外部故障，另外内部故障的红外诊断十分困难。因此，红外诊断技术的重点应放在电力设备内部故障的检测与应用上。图 1高压套管 A 相异常图 2断路器端子可见光5红外和超声波检测和超声波检测技术的应用所谓电气防火安全检测技术，就是利用红外线测温技术、超声波探测技术和现代电工测量技术等高科技检测手段，对规定场所的电气线路和电气装置进行检测和诊断，发现存在的电气火灾隐患，对电气防火状况做出评价，指出电气火灾隐患存在的严重程度，提出防治电气火灾发生的整改措施。图 3断路器端子发热红外热像根据电气火灾形成的机理和对大量运行中电气设备和线路发生电气火灾事故的分析，电气火灾隐患大致可分为两类，即过热型火灾隐患和放电型火灾隐患。过热型火灾隐患是由电气设备和线路产生工作性发热201电气开关(2013 No 1)或事故性发热，在电气装置的相关部位，例如各种控制电器的接线端子、触头、接点，导线接头，高温灯具，电感式镇流器和电热器具等处产生异常高温。它将会引燃其绝缘层和周围的可燃物质。放电型火灾隐患，主要是指电气装置的事故性电火花和电弧，例如电气线路和设备因绝缘老化强度降低或受到损伤发生短路，电气线路或器具连接不牢等产生的电火花和电弧。不管是过热型火灾隐患，还是放电型火灾隐患，都具有一定的隐蔽性和突发性，在常规巡视检查中很难从外观特征上准确地判断出来。如果采用高科技检测手段的电气防火安全检测技术，则可以科学准确地发现深层次电气火灾隐患并及时做好处理措施，从而避免电气火灾隐患转化成电气火灾。针对两类电气火灾隐患的特性，可以采用不同的检测仪器和检测方法。图 4隔离开关运行可见光图 5隔离开关触头发热红外热像(1)红外线测温技术应用红外线测温技术可以检测过热型电气火灾隐患。根据红外线理论，物体辐射能量的大小、波长的分布和峰值波长与其温度有确定的关系，利用光电转换系统，可将物体辐射能接收并转换成温度。运用红外测试仪器，对电气装置的相关部位进行测温，对照相关规范规定的最高允许温度，可以有效地发现过热型电气火灾隐患。近年来已广泛运用于电气防火检测工作中，对消除电气线路及设备的非正常发热、降低火灾风险起到了重要作用。电气设备正常运转时，由于电流、电压效应会产生热量，电气设备发生故障时缺陷部位也会异常发热，设备在危险温度下运行，存在火灾隐患。目前，大部分电力用户使用的都是低压大电流的电气设备，一旦电气设备出现故障就容易引起高温。同时，电气设备的接触不良会引起高温、打火、电弧，容易成为火灾的引火源，类似这种危险温度和隐患通常是不易被发现的。红外测温技术的原理，红外测温技术的原理是基于自然界中一切温度高于绝对零度的物体，每时每刻都辐射出红外线，同时这种红外线辐射都载有物体的特征信息，这就为利用红外技术判别各种被测目标的温度高低和热分布场提供了客观基础，物体表现热力学温度的变化，使物体发热功率发生相应变化。物体产生的热量在发出红外辐射的同时，还在物体周围形成一定的表面温度分布场。这种温度分布场取决于物理材料的热物理性，也就是物体内部的热扩散和物体表面温度与外界温度的热交换。利用这一特性通过红外探测器将物体电气发热部位辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置就可以一一对应地模拟出物体表面温度的空间分布，经电子系统处理传至显示屏上，得到与物体表面热分布相对应的热像图。红外热像仪已广泛应用于电气防火检测，红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统，接受被测目标的红外辐射能，经过光谱滤波、空间滤波聚焦的红外辐射能量分布图形成及反映到红外探测器的光敏元上。光学系统和红外探测器之间的光机扫描机构(焦平面热像仪无此机构)对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在多元或单元探测器上，由探测器将红外辐射能量转换成电信号，经放大处理转换成标准视频信号，通过电视屏或监视器显示红外图像;光学成像扫描系统的工作原理是从左到右、从上到下对目标探测，将目标分解成一个个像元，并将分解的检测设备的热像性质、程度和位置的像元依次摄入，在小于 0 2s 的时间内转换成不同亮度、连续逼真的图像，送入红外探测器。红外探测器是红外辐射能量转换器，进行光电转换，产生与目标变化相对应的信号电流，送入电子放大系统处理、放大、然后进行信号处理和转换。目标的电信号转换成标准的视频信号或者是可记录的信号，最后将记录显示出来，显示的色彩并不是被测物体的色彩。因为红外辐射是看不见的热红，所谓的色彩是热像图中同一信号电频的模拟，实际上是采用等密度分层的“伪色彩”处理。(下转第 106 页)301电气开关(2013 No 1)电解效应带来的有功功率变化。饱和电抗器的浅控会带来另一个好处是可以降低调压变有载调压开关档位，同时减少无功功率需求量，从而减小线路损耗和增加发电的出力，但是人为调整需要现场实际的运行经验，调节繁琐。自动调整是稳流 PLC 对交流有功功率的采集计算，通过 PID 技术实现对交流有功功率的恒值控制，使用简单，操作方便。以整流二所为例，整流二所使用的人为调整，控制电流在 4A，当电解效应时，自备电厂有功功率变化范围在 3MW，完全不影响孤网发电机的运行。2 3交流异网直流并列运行方式异网间负荷控制策略交流异网直流并列运行方式中由于直流侧并列，当两个不同电源点电压存在波动的时候，必然会导致负荷在两个电源点间涌动。然而自备电厂孤网供电对大负荷的暂态冲击时电压调整能就差，以霍煤鸿骏铝电公司整流二所为例，整流二所为 6 台整流机组 5 供1 备配置，正常运行为 6 台全部投入运行。对应厂电和网电顺序，运行方式有 6+0，5+1，4+2，3+3，2+4，1+5，0+6 七种运行方式，实际运行中当有 4+2 方式向 5+1 方式转变操作中，厂电投入第 5 台整流机组合闸冲击变压器时，由于励磁电流大，会导致厂电系统电压突然降低，厂电所带整流机组负荷突减，整流二所实际录波数据分析最大有过近 45MW 负荷的波动，然而稳流控制技术的控制计算周期最小时半个周波，对此负荷突变无法实现及时的控制，对于在网电单独运行的整流机组就会严重过载，过流保护动作跳闸。这种情况的发生必然影响供电系统的稳定、可靠。解决此问题的方案时增大网电运行整流机组的阻抗，降低所带负荷量，从本质上消除异网运行间电压波动而对整流机组负荷的增量。以整流二所为例，整流二所实际使用的方案是对网电所带整流机组负荷量减少至原负荷量的五分之四来减少负荷冲击。对于我公司整流二所和整流三所两个所 220kV系统都是交流异网直流并列，并且共用自备电厂电源的情况，实际的运行方式更是多种多样，供电情况更是复杂，除了使用上述方法进行负荷控制之外，还需要在送电至厂电之前，使另外一个整流所的整流机组进行阻抗调整，避免出现机组连跳现象。2结束语220kV 交流异网直流并列运行方式在铝电解行业得到广泛的应用，这种供电方式虽然能够带来比较大的经济效益，但是运行风险较大，所以对其的运行技术管理显得至关重要。参考文献 1莫正康 半导体变流技术M 机械工业出版社，2004，2 2张红 自饱和电抗器理论分析和计算 J 江西电力，1994，3收稿日期:2012 10 10作者简介:郑伟(1982 )，河北邯郸、电气助理工程师、大专、供用电技术专业、主要从事整流所变电运行、检修管理工作;孙英(1982 )，辽宁锦州、电气助理工程师、本科、电气工程及其自动化专业、主要从事整流所变电检修工作檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪。(上接第 103 页)(2)超声波探测技术应用超声波探测法和磁场强度检测法可以检测放电型电气火灾隐患。前者的工作原理是，电火花和电弧辐射的电磁波具有一定波长，是在超声波范围内，将它接收变频为声波，从耳机中就能听到发生放电型电气火灾隐患的状态和确切位置，检测装置为超声波探测器。后者的工作原理是，电火花和电弧辐射的电磁波引起周围磁场强度的变化，用场强仪这类测试磁场强度的仪器，也可以发现放电型电气火灾隐患。此外，应用现代电工测量技术通过检测电气线路技术参数，也能发现电气火灾隐患。比如，电气线路中非线性负载会产生高次谐波电流，对中性线及其连接点都会产生过热性危害，此时使用谐波分析仪和真有效值的电流表，去测量造成过热性危害的谐波分量和电流的真有效值的大小，就可以判断中性线及其连接点的过热性火灾隐患。又如，使用地阻测试仪可以快速诊断接地电阻是否符合技术规范的要求，从而发现接地线上是否会产生高电压危及人身安全，和断线打火放电所造成的放电型火灾隐患。6结论本文主要研究了电气设备正常运行中，对于电气线路及电器元件表面所产生的温度运用有效的手段去诊断和发现电气火灾隐患，并采取积极的技术措施加以排除，是消防安全中急需解决的问题。利用高科技手段进行电气防火安全检测技术在这种背景下应运而生。电气防火安全检测技术在诊断和检测电气火灾隐患中起到了积极作用，能有效地预防电气火灾的发生。参考文献 1田裕鹏 红外检测与诊断技术 J 化学工业出版社 2胡红光 电力红外诊断技术作业与管理J 中国电力出版社 3李宏文，沈金波 电气防火检测技术与应用J 中国建筑工业出版社收稿日期:2012 11 30作者简介:杨健(1984 )，男，辽宁沈阳人，毕业于沈阳工程学院，本科，助工。601电气开关(2013 No 1)