应用案例

红外热像对于电气系统的应用价值

2018-08-14

一、背景概述

带电设备
传导负荷电流(试验电流)或加有运行电压(试验电压)的设备。

温升
用同一检测仪器相继测得的被测物表面温度和环境温度参照体表面温度之差。

相对温差
两个对应测试点之间的温差与其中较热点的温升之比的百分数。

环境温度参照体 
用来采集环境温度的物体叫环境温度参照体。它可能不具有当时的真实环境温度,但它具有与被测物相似的物理属性,并与被测物处在相似的环境之中。

外部缺陷
凡致热效应部位裸露,能用红外检测仪器直接测出的缺陷。

内部缺陷
凡致热效应部位被封闭,不能用红外检测仪器直接检测,只能通过设备表面的温度场进行比较、分析和计算才能确定的缺陷。

 

二、电气接头

在工厂输配电系统中,有大量触头、开关、套管夹等,常常由于接触不良、腐蚀或内部异常等各种原因,出现异常过热点,严重影响安全供电。使用红外热像仪可以准确地检测出过热点,及时排除隐患,确保供电安全。

 

三、电气接头热缺陷形成原因及发热机理 

所谓电气设备热缺陷,通常是指通过一定手段检测得到,由于其内在或外在原因所造成的发热现象。
根据缺陷所产生的原因不同,我们通常归纳为以下几类:
1、长期暴露在空气中的部件,由于温度湿度的影响,或表面结垢而引起的接触不良。
2、由于外力作用所引起的部件损伤,因而使得的导电截面积减少而产生的发热。如接头连接不良,螺栓、
垫圈未压紧或过紧。
3、长期在恶劣环境下运行;大气中的活性气体、灰尘引起的腐蚀氧化;元器件材质不良,加工安装工艺不
好造成导体损伤;机械振动等各种原因所造成的导体实际截面降低。
4、负荷电流不稳或超标等。
5、由于电器内部本身故障,如内部连接部件接触不良导致的电阻过大。
根据公式: P=I×I×R
我们知道,发热功率(P)与接触电阻(R)、通过电流(I)的平方成正比。
正常时,这些连接处(部位)的电阻在允许范围,通过额定工作电流后发热也在设计允许值以内,所以不会影响设备的安全运行。由于以上因素使接触电阻异常,电流通过时发热功率增大,而且通电时间越长、电流越大,会产生异常发热,使温升异常增加,就会产生缺陷。

 

四、热缺陷的划分 

根据 GB763-90 以及我们几年来的实测数据统计分析,按照热缺陷温升的高低及对设备的危害程度可将其分为一般性热缺陷、严重性热缺陷和危险性热缺陷三种。
1、一般性热缺陷:其温升范围在 10~20℃之间,与相同运行条件下的设备相比,该接头有一定的温升,用红外成像仪测量仅有轻微的热像特征,此种情况应引注意,检查是否系负荷电流超标引起,并加强跟踪,防止缺陷度的加深。

一般热缺陷的实际案例 :

对于此类热缺陷应该予以重视。虽然相对温差较小,但要注意查看负载状况,如果是在低负荷率情况下,就意味着负荷率一旦升高,设备的电气接头缺陷处的温度将会急剧升高。 下,就意味着负荷率一旦升高,设备的电气接头缺陷处的温度将会急剧升高。
2、严重性热缺陷:发热点温升范围在 20~40℃之间,或实际温度在 60~80℃之间,或设备相间温差范围在 1.5~2.0 倍之间,热像特征明显,缺陷处已造成严重热损伤,对设备运行构成严重的威胁。
严重性热缺陷实际案例:

 

此类热缺陷,在确认过负载状况之后,应当给予长期监测,避免热缺陷进一步恶化。生产条件允许时或必要时应当及时调整,避免造成重大的经济损失。

3、高危性热缺陷:发热点温升超过 40℃,或者最高温度已超过国标 GB763-90 所规定的该材料最高允许值。
高危性热缺陷实际案例:

此类缺陷热像图非常清晰,外观检查可看到严重的烧伤痕迹。该种缺陷随时可能造成突发性事故,应立即退出运行,进行彻底检修。

 

五、红外热像仪在电气方面的应用 

  • 高压电气设备出线接头、内部导流回路连接处检测
  • 各类导电接头、接线桩头氧化腐蚀以及连接不良缺陷
  • 各类高压开关内中心触头接触不良缺陷
  • 隔离刀闸刀口与触片以及转动帽与球头结合不良缺陷
  • 电力变压器高、低压套管上、下两端连接不良
  • 线夹发热检测
  • 电缆接头检测

 

六、现场可能会遇到哪些问题?

1、如果负荷很低,则会使设备故障发热不明显,即使存在较严重的故障,也不可能以特征性热异常的形式暴露出来。只有当设备在额定电压下运行,而且负荷越大时,发热及温升才越严重,故障点的特征性热异常也越明显。因此在进行红外检测时,为了能够取得可靠的检测效果,要尽量保证设备在额定电压和满负荷下运行,即使不能做到连续满负荷运行,也应编制一个运行方案,以便在检测前和检测过程中,能让设备满负荷运行一段时间(如 4~6h)。
2、对于负荷率低时发现的设备故障发热应该特别予以重视,这意味着负荷率一旦升高,设备故障发热可能快速升高。
3、出现在电气设备内部的缺陷,因此反映到设备外表的温升很小,通常只有不到 1℃。检测这种故障对热像仪的灵敏度要求较高,而且对于检测员来说,也较难判断,需熟悉设备的正常工作原理。

设备内部缺陷的实际案例:

根据红外热图可以看出,开关表面的温差大约有 5 度左右。如果套用上面的标准,这个开关应该属于正常工作范畴。不过从图像的热场分布趋势来看,A 相内部肯定存在异常温升,根据经验公式,内部的实际温差 T1 等于 4—6 倍的表面温差△T。因此开关的内部真实温差大约在 20—30℃左右。确认负荷状况后,才能准确定义属于哪类热缺陷并且正确处理。

 

七、如何才能拍摄清晰的热像图?

1、应用于温差小的场合时,尽量选择热灵敏度较高的热像仪;
2、对户外电气设备的现场红外检测,尽可能选择在阴天或者在傍晚无光照时间进行。这样可以防止直接入射、反射和散射的太阳辐射影响,对户内设备应当尽量避开其他的辐射影响;
3、调色板模式最好设置在灰度或铁红,这样热像图较为清晰;分析时可采用高对比色。更容易发现热点的根源。
4、对于开关柜等需要测试内部故障的电气设备,可用氟化钙等特殊材料制作的红外窗口代替一般的有机玻璃窗口,从而得到更准确的温度数据。