电气设备红外成像检测技术及其应用
电气设备预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节，是保证电力系统安全运行的有效手段之一。电气设备预防性试验大部分是基于电气设备停运离线后进行检测，这种传统的停电预试并不能保证电气设备的绝缘在一个检验周期内能安全运行，而红外检测诊断技术是对预防性试验的补充和完善，它具有远距离、不接触、不取样、不触体，又具有准确、快速、直观等特点。因此，红外检测技术是目前在预知检修领域中一种很好的检测手段。它在一定程度上弥补了电气设备离线试验中所不易或无法发现的设备缺陷，并填补了许多高压设备缺少在线监测的空白，尤其在目前大力提倡状态检修的情况下，红外检测诊断已经成为电气设备从定期检修向状态检修转变中一个不可缺少的技术手段。红外诊断技术能对电气设备的早期故障缺陷及绝缘性能做出可靠的预测，使传统的预防性试验检修提高到预知状态检修。
阐述电气设备红外成像检测技术及其应用
红外成像检测技术是一种非接触性检测技术，它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身，目前使用的红外技术可以实现零下20℃到2000℃的温度量程，这样的温度量程正好应用在电气设备的预防性缺陷诊断及状态检修中，由于电气设备的零部件产生故障时，不论是磨损、疲劳、破裂、变形、腐蚀、剥离、渗漏、堵塞、松动、熔融、材料劣化、污染和异常振动等等，这些现象的绝大部分都直接或间接地和其温度的变化相关。因此，设备的整体或局部的热平衡也同样要受到破坏或影响，通过热的各种传播方式，设备内部的热必然逐步达到其外部表面，造成外表温度场的变化。利用红外检测技术捕捉到这些红外辐射的信息，通过大量检测总结分析，描绘出设备在各种运行状态下其不同部位的不同温度界限、同一部位在不同故障情况下不同的温度等级；再通过对设备结构、运行状况和维修、安装工艺等多种情况的分析概括，并参考专家的经验等，就可以逐步确诊出设备的故障性质、部位和程度，进而预测故障发展趋势和设备的寿命。因此，红外检测的实质是红外精确测温。在一定距离内实时、定量、检测发热点的温度，通过拍摄分析还可以绘出设备在运行中的温度梯度热像图，从而准确地判断物体表面的温度分布情况，它具有准确、实时、快速，灵敏度高，并不受电磁场干扰等特点。
红外检测技术在电气设备状态检修中的应用包括以下几方面的内容：
1、设备热异常早期检出；
2、确诊设备热异常发生的部位；
3、诊断热异常的原因；
4、设备热状态监测；
5、诊断缺陷性质、预测缺陷的发展趋势或设备寿命，即设备状态劣化倾向的定量管理；
6、决定最适当的检修方法和检修时间。
电气设备的发热源，主要是其在工作时由于电流、电压、材料介质的作用，将产生电阻损耗发热、介质损耗发热、铁损致热等相应的热故障。例如电气设备的连接点的过热和绝缘介质损耗增大发热等。按发热类型可分为三类：
一、由于电流效应引起的发热，表现在：
1、各类导电接头、线夹、接线桩头的氧化腐蚀，各导电接触面安装工艺不良等引起搭接面接触电阻增大。
2、各类高压开关内部触头接触不良。
3、隔离刀闸刀口与触片以及转动帽与球头结合不良。
4、各类CT一次内部及外部连接不良缺陷、内部铁芯、线圈异常。
5、电动机线圈过流、断股，引线焊接不良。
6、发电机本体冷却效果不良、线圈焊接工艺不良、出线与母排连接不良等引起的过热以及发电机电刷与集电环接触不良。
7、电力变压器本体冷却效果不良、内部线圈焊接工艺不良以及高、低压套管上、下两端连接不良。
图例一、电接头、线夹发热
环境温度：11℃
参考温度：SP02 25.3℃
红外热图：最大值SP01 133.3℃
红外热图：最小值11.3℃
最大温差：108℃
分析判断：拍摄时电流为580A,怀疑为金属线夹与载流导线压接部位连接缺陷，最高温度及温差严重超标。
处理意见：根据国家电网公司行业标准DL/T664-2008《带电设备红外诊断应用规范》，此设备列为危急缺陷，对这样的设备应采取必要的措施，如加强检测等，必要时降低负荷电流，应尽快安排停电检修，采取立即消缺。
图例二：导线线体发热
环境温度：12℃
参考温度：22.05℃
红外热图设备本体最大值：S0145.85℃
红外热图设备本体最小值：S0122.05℃
最大温差：23.8℃
图3：导线成麻花状红外热图
分析判断：导线连接处怀疑出现松股、断股、老化或接触不良。注意：如在导线本体发热（如图3），发热部分并非故障所在，低温部分有缺陷；如导线为三股合并，相之间某一相或两相发热，除了检查发热部分以外还应对低温相仔细检查。
处理意见：根据国家电网公司行业标准DL/T664-2008《带电设备红外诊断应用规范》，此设备列为严重缺陷，这类缺陷应尽快安排处理，应立即降低负荷或立即消缺。
图例三：发热比较严重的电缆套管接线桩头的处理过程
二、由于电压效应引起的发热，表现在：
1、各类PT绝缘不良缺陷、缺油以及内部铁芯、线圈异常不良。
2、各类电容器过热、耦合电容器油绝缘不良和缺油（低油位）。
3、各类避雷器内部受潮缺陷、内部元件老化或非线性特性异变。
4、各类绝缘瓷瓶表面污秽缺陷，低值绝缘子，瓷瓶劣化。
5、电力变压器本体及油绝缘不良，高、低压充油套管缺油（低油位）。
图例四：110kVPT电压效应缺陷
环境温度：25℃
红外热图：最大值S01 33.45℃
红外热图：最小值S02 27.42℃
最大温差：6.03℃
分析判断：110kVPT柱体上下之间温差超过6.03℃，属于比较严重缺陷，怀疑主绝缘强度下降、介质损耗增大，由于该设备的热缺陷为内部电压致热型缺陷，所以当柱体本身存在较小的温度不均衡就可能存在严重缺陷。
处理意见：根据国家电网公司行业标准DL/T664-2008《带电设备红外诊断应用规范》，该设备属危急缺陷，建议进行停电预试：测量绝缘电阻、介质损耗，进行油色谱及油中含水量检测。
图例五：电缆终端缺油
环境温度：5℃
红外热图设备本体最大值 10.04℃
红外热图：最小值 7.9℃
最大温差：2.14℃
图7：电缆终端缺油红外热图
分析判断：其电缆终端为严重缺油状态属于严重缺陷。
处理意见：根据国家电网公司行业标准DL/T664-2008《带电设备红外诊断应用规范》，该设备属严重缺陷，建议加强监测并结合停电进行缺陷性质确认及消缺工作。
图例六：局部污秽严重的穿墙套管
参考温度：SP0212.9℃
红外热图：最大值SP0117.0℃
红外热图：最小值10.5℃
最大温差：4.1℃
分析判断：污秽严重的支柱绝缘子,属一般发热缺陷。
处理意见：可不进行处理，但应加强巡检，待停电时对绝缘子进行彻底清扫。
图例八：污秽严重、有零值(低值)的悬式绝缘子串
（铁芯处理后再次进行试验，试验条件不变，通流试验45分钟后测量）
环境温度：18℃
参考温度：SP02 29.9℃
红外热图：最大值SP01 47.9℃
红外热图：最小值23.2℃
最大温差：18.0℃
结论：比较图16与图17，可以看出对铁芯短路点处理后发热有所改善。最大齿温升与最大齿温差均未超标，铁芯可以安全运行。
若按发热部位可分为外部热缺陷和内部热缺陷：外部热缺陷主要反映在设备外部的导流接头和触头接触不良引起的发热，表现的特点一般是目标小、距离远、低温发热，比较直观，检测方便。内部热缺陷，主要反映设备内部绝缘或导体发热，通过热传导、对流传递到设备外部。设备内部发生热缺陷时，改变了设备外部的温度场分布，可以通过测量设备温度图谱来分析判断，间接确定故障原因及部位。
从图例一至九的红外热图及分析判断、处理结果可以看出，利用红外成像技术对电气设备的故障检查判断是准确有效的。红外测温技术的关键是检测数据的真实性和可靠性，判断缺陷部位的准确性和合理性，同时在红外检测中发现设备温度异常时，要根据外部热场变化对设备内部定性的缺陷判断，当然在分析判断中应排除各种可能造成干扰的因素：如大气、测试背景、距离系数、物体辐射率、相邻设备热辐射、工作波长区域范围、瞬时视场焦等的影响，再进行综合分析、比较、确认，防止把正常运行的设备判断为异常，或把存在缺陷的设备判断为正常。
当然，红外测温技术也存在一定的局限性，例如不能对直流电阻、变压器变比、空载短路损耗等进行定量的测量，也不能替代对电气设备绝缘强度的判断，例如绝缘电阻测试及交直流耐压试验等。
总之，在保证发供电企业电气设备安全稳定运行的同时又能为其提高电力设备可用系数、增加发供电能力、延长电气设备使用寿命，节省大量维修费用，就要求检修维护部门要灵活运用预防性试验及红外检测技术以及其它先进的在线测试技术，对电气设备的健康状况综合分析，进行预知状态检修，达到电气设备安全稳定运行和经济效益双赢的目的。
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