1.引言

工廠對電氣設備的可靠性要求越老越高，傳統的檢查方法以及很難滿足實際生產的需要，紅外檢測技術通過非接觸式檢測和熱成像技術來判斷設備的運行狀態，可以及時了解設備現狀，有效查找故障的原因，并且對設備的未來狀態做出預測。紅外檢測是目前發工廠電氣設備狀態檢測的一種重要的手段，為電氣設備實現在線監測提供了技術保障。

2.電氣設備的發熱原因及熱故障

電氣設備故障往往都以設備相關部位的溫度或熱狀態變化作為預兆表現出來，通常發熱的部位都是電氣設備的連接點，連接點是指電氣設備之間以及它們與母線或電纜之間的電氣連接部位。

2.1 電氣設備的發熱原因

（1）電阻的有功損耗。電力系統導電回路的金屬導體都有相應的電阻，當通過負荷電流時，必然會有一部分電能以熱損耗的形式消耗在電阻上。對均勻導體來說，只有出現局部拉長、斷股、橫向裂縫及表面嚴重腐蝕等情況時才會引起局部電阻增大，發熱功率增加。常見的是導電回路中的各種連接件，接頭或觸頭等部位接觸不良，引起接觸電阻增大，發熱功率增加，引起接觸部位溫度升高，溫度升高后又引起接觸電阻進一步增大。

（2）電介質的有功損耗。由固體、液體或氣體等電介質材料構成的絕緣結構是高壓電器設備中不可缺少的重要部分，金屬導電材料和電介質絕緣材料是所有電氣設備不可缺少的兩個組成部分。導電體周圍的電介質在交變電場的作用下會產生能量消耗，通常稱為介質損耗。介質損耗與承受的電壓的平方成正比，與導體所通過的電流無關。由此可知，電氣設備只要加上電壓，即使不輸送電流，也會產生介質損耗。當絕緣介質的絕緣性能變壞時，會引起介質損耗增大，有功損耗增加，設備運行溫度升高。

（3）鐵磁損耗。凡使用鐵磁材料做成的電氣設備或裝置，在交變磁場的作用下，都會產生電能損耗，稱為鐵磁損耗。發電機、變壓器、電動機等設備，鐵磁材料用量很大，運行中鐵磁損耗往往與繞組中的電阻損耗不相上下，小負荷時甚至超過電阻損耗。

2.2 電氣設備的熱故障

電氣設備主要有兩種熱故障，一種是外部故障，主要原因是長期運行的設備其電氣接頭暴露在空氣中因接觸不良造成阻值過大，引起接頭發熱，外部發熱缺陷一般集中在設備的連接點，連接點是指電氣設備之間以及它們與母線或電纜之間的電氣連接部位。連接點過熱也是長期影響電力系統安全運行的重要問題。一種是內部故障，是指封閉在固體絕緣、油絕緣以及設備殼體內部的電氣回路故障和絕緣介質劣化引起的故障。對于內部故障，根據各種電氣設備的內部結構和運行狀態，依據傳熱學理論，分析金屬導電回路、絕緣油和氣體等引起的傳導、對流，從電氣設備外部顯現的溫度分布熱像圖，就可以判斷出各種內部故障。分析電氣設備發熱故障及處理，總結故障類型和原因，提供相應的處理方法，使發熱缺陷防患于未然，從根本上消除或降低發熱缺陷的發生。

3.紅外檢測技術的基本原理

紅外線檢測物體表面溫度時，熱流注入是均勻的，如果物體沒有缺陷，正面和背面的溫度場分布基本上是均勻的，如果物體內部存在缺陷，在缺陷處溫度分布將發生明顯的變化。

對于隔熱性的缺陷，正面檢測方式，缺陷處因熱量堆積呈“熱點”,背面檢測時，缺陷處則是低溫點；而對于導熱性的缺陷，正面檢測時，缺陷處的溫度是低溫點，背面檢測到缺陷處的溫度是“熱點”.可見，采用紅外檢測技術，可以形象地檢測出材料表層與淺層的缺陷和范圍。按照普朗克定理，波長一定，測出紅外輻射能量W就可以算出溫度值T,通過與黑體基準參量比較，儀器能準確計算出各測量點的實際溫度值，且以不同顏色的溫標顯示出檢測面溫度分布的變化。

4.紅外檢測技術在發工廠電氣設備檢測中的應用

在線監測和停機檢查相結合的方式是發工廠進行電氣設備檢測的常用手段，紅外檢測憑借其遠距離、不用直接接觸、準確和實時等優點，在電氣設備狀態檢測中得到廣泛的應用。

4.1 發電機內部故障的診斷

全封閉的發電機本體可用紅外成像儀對發電機端蓋因漏磁而引起的渦流損耗發熱、軸承發熱以及冷卻系統局部不暢等缺陷進行檢測和定位。對于定子繞組的故障可以采用在發電機定子繞組中加入電流，等到溫升穩定后，記錄繞組接頭的熱譜圖，并對其進行分析，通過溫升異常的接頭來快速準確定位接觸電阻偏大的定子繞組接頭。

4.2 變壓器故障的診斷

變壓器正常的工作狀態應該是：（1）頂部是高溫區，溫度逐漸向下減弱；（2）套管升高座附近溫度最高；（3）本體呈現一個明亮的紅外熱圖像。通常采用以下方法判斷是否出現過熱故障：①檢查套管端部接點；②比較三相套管表面溫度是否均勻一致，以判斷套管內部是否存在缺陷；③散熱器表面溫度是否均勻，以判斷油路的堵塞情況。

4.3 隔離刀閘故障的診斷

隔離刀閘工作中的正常狀態是：環境溫度略高，三相均勻。判斷其是否存在過熱故障應注意：①檢查兩端頂帽接點是否過熱；②檢查由彈簧壓接的刀口是否過熱；③是否支柱瓷瓶劣化使支柱瓷瓶整體溫度升高。

4.4 電流互感器故障的診斷

電流互感器工作中的正常狀態是：①因大電流，內部高溫通過瓷套輻射出來，本體呈現出一個較高的溫度區域；②頂帽溫度比瓷套表面溫度略高。判斷其是否存在過熱故障應根據：①因內部繞組匝間短路或介質損耗增大，均會引起本體溫度升高，比較三相CT表面溫度是否平衡以判斷可能出現的內部缺陷；②檢查CT端部接點。

5.結論

紅外檢測技術對運行中的舊設備，它可以找出其失效部件，最大限度地減少它對系統造成的損害，延長設備的壽命，避免災難性故障的發生，同時可以確定修理的具體部位，避免了整個系統的關閉；對運行中的新設備，雖然并不一定能找出任何嚴重問題，但可為工作人員提供有價值的原始數據資料；對那些修理過的設備，它的檢測可以確信它們的工作是否正常，從而進一步增加設備的工作效率。由于紅外檢測是非接觸的，操作十分安全，再加上它的高靈敏度和強大的采集功能，在電力生產中越來越顯示出其應用的必要性。