【摘 要】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，因而电气设备的内部故障无法直接用红外热像仪检测到。但内部热缺陷一般都发热时间较长而且比较稳定，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传递，引起这些部位的温度升高，因此通过对设备的红外检测、热像图的综合分析可以发现其内部是否存在发热缺陷。其发热情况可能因为内部电气接头不良或内部介质损耗劣化，或内部分布电压不良或泄漏电流过大而引起，且表现形式不一。
【关键词】电气设备；故障诊断；红外热像技术；热像特征；不良故障；绝缘缺陷；经济高效
0 引言
内部故障的诊断比较复杂，现场检测要耐心细致，而且红外检测人员必须掌握诊断的规律性，即内部故障属性与对应的红外热像图的特征关系。内部故障按其属性大体可归结为内部导电体连接或联结不良、绝缘介质不良以及一些非常规性的特殊故障三大类，以下分别简述其热像特征。
1 内部导电体连接或联结不良故障
由于内部导电体连接或联结不良，导致接触电阻增大，在电流负荷的作用下过热，发热功率遵循P=I2R规律。这类故障虽然发热源位于设备内部于热传导作用，使设备外部呈现一定的过热特征，因而与正常相比较，但由其外部某处局部过热。这类缺陷多发生在断路器、CT和套管内部，可以通过热像图的发热特征进行诊断。
1.1 少油断路器内部导电体连接不良
少油断路器内部导电体连接不良主要表现在上动、静触头或中间触头接触不良，导致断路器发热。当上动、静触头接触不良时，其热像是以引线根部为发热中心的上部整体过热的热像图，且外部热像特征是顶部温度最高，其次为基座法兰，再次是瓷套。当中间触头接触不良时，其热像是以断口下部基座法兰为过热中心的热像图，且外部特征为基座法兰温度最高，其次是顶帽，再次是瓷套。当静触头基座接触不良时，其热像是一个以顶帽中部为最高温度的热谱图，且瓷套下法兰的温度稍高于瓷套外表的温度。
1.2 CT一次接线内部联接不良
CT一次接线内部联接不良，在电流的作用下导致过热，其热像是以一次接线根部为发热中心，CT头部整体过热的热像图，最高温度在这些线头及顶部油面处。
1.3 高压套管头内部导电杆连接不良
高压套管头内部导电杆连接不良而导致套管过热，其热像是以套管顶帽出线头为集中发热中心，套管头局部严重过热的热像图。
2 内绝缘不良故障
电气设备内部绝缘不良，在电压的作用下发热，发热功率遵循P=U■？棕Ctg？啄规律。其电气试验通常表现为介质损耗增大，这类故障常出现在充油设备中，譬如PT、CT、耦合电容器等。红外技术诊断可通过三相比较法进行。
2.1 变压器内部异常发热
当变压器内部出现异常发热时，有可能引起箱体局部温度升高。这种热谱图不具有环流形状。此类缺陷同时伴有变压器内部油的汽化。依照经验法则，有绝缘油的变压器或开关，其内部若有故障，外部温度测到10℃温升时，其相对应的内部零件部位会非常热，可能有严重烧掉的情形。若要正确判断内部热故障问题，可配合使用油品分析技术或其他电特性分析技术。
2.2 PT、CT内绝缘不良
PT内绝缘不良，其热像特征是以PT顶部为发热中心而整体过热的热像图。CT内绝缘不良，其热像是以CT头部过热而本体也较热的热像图。但整个CT不存在明显的过热中心。
2.3 耦合电容器内绝缘不良
耦合电容器内绝缘不良，其热像是以耦合电容器整体过热的热像图，整个电容器本体发热均匀，无明显的发热中心。
2.4 绝缘子串内绝缘不良
对绝缘子的故障检测主要集中在零值绝缘子和低值绝缘子的检测上。正常绝缘子由于电压分布的不均匀性，其热像表现为不对称的马鞍形，靠线路侧的绝缘子温度相对较高，相邻绝缘子间的温差较小。当存在低值绝缘子，其绝缘电阻降至300-10MΩ时，其发热功率大于正常绝缘子，温度升高，其热像特征是以铁帽为发热中心的热像图；当存在零值绝缘子，劣化绝缘子的电阻值进一步降低时，发热功率呈下降趋势。在某一阻值（5-10MΩ）时，其发热功率又接近于正常绝缘子，这时为检测盲点。劣化绝缘子的电阻值进一步降低至接近于零时，其发热功率为零，与正常绝缘子相比温度很低，其热像特征为铁帽温升偏低；当存在的是污秽绝缘子时，由于表面污秽电流增大，形成发热。其热像表现为以磁盘为发热区的热像图。
2.5 阻波器内避雷器损坏
正常的避雷器基本不发热。若明显发热则说明避雷器已损坏。
2.6 电力电缆内绝缘故障
电缆头局部绝缘不良，指电缆头因加工不良或长期运行造成绝缘局部损伤、受潮、劣化等缺陷。其热像特征是电缆头交叉处出现局部绝缘区域温升偏大。电缆头整体绝缘不良，指电缆头因加工不良或长期运行造成绝缘整体受潮、劣化等缺陷。其热像特征是整个电缆头温度偏高。电缆整体发热，即电缆绝缘年久老化或过负荷运行而引起的绝缘缺陷。
3 非常规性特殊故障
电气设备的某些非常规性特殊故障主要是以油为绝缘介质的设备由于密封不良、瓷套裂伤等而发生渗漏油、少油缺油的故障。这类故障常规性试验难以发现，但红外热像技术诊断却非常有效。这是由于一般电气设备在正常运行情况下会伴随发热（正常发热）现象，而内部油又是热的良好携带者，因此当设备缺油时，设备的热像图上出现以油位为标志的明显的上冷下热分界线的热像图。这类故障主要出现在耦合电容器、PT、套管等电气设备。某些设备因密封不良使内部受潮而出现热分布不均匀的情况，这类故障主要出现在避雷器设备上。另外，变压器冷却装置及油路系统异常，如散热管道堵塞或阀门未开而引起无热油循环的部分管道或散热器在红外热谱图上呈现低温区。
（1）耦合电容器缺油少油故障。缺油的耦合电容器油位通常低于几个瓷裙。这类缺陷可从热像图上直观发现。
（2）PT缺油故障。PT缺油故障常发生在110kV级，其热像呈现以顶帽暗淡的热像图。220kVPT偶尔也有缺油现象，其热像为油位较低的热像图。
（3）套管缺油故障。缺油套管的热像图也是以油位为标志的具有上下冷热分界线的热像图，且在油面上通常出现过热区，其热像直观明显。
（4）避雷器内部受潮故障。由于密封不良或瓷套裂伤等原因使其内部受潮，导致避雷器内部分压阻值发生变化。其外部热像特征与避雷器的结构有关。一般而言，避雷器整体内部受潮，其热像呈现为相对于其他相整体过热的热像图。避雷器内部局部受潮，则其热像呈现为局部过热而局部热像暗淡的热像特征。值得注意的是，此时受潮部位恰恰在热像暗淡处。避雷器内部受潮，除过热分布不均匀外，其电压分布也不均匀，对避雷器的运行极为不利。
值得说明的是，诊断设备的内部故障，温度仅是可供参考的一方面，更重要的是设备的温度分布情况。因此，红外检测与诊断分析工作人员必须熟悉被检设备的内部结构和工作原理，并具有相当的实践经验以及红外理论基本知识，正确掌握各类设备缺陷的热像特征及其细微差别，以准确判断设备的内部缺陷故障性质。
4 结束语
总之，由于现代红外技术不断成熟，利用红外检测的远距离、不接触，以及准确、实时、快速等特点发展起来的电力设备状态检测技术，备受国内外电力行业的重视而得到迅速发展。发展较成熟的红外热像仪，还配备有辅助的计算机图像处理系统，可对采集的设备热状态图像进行各种计算、分析和处理，提高诊断可靠性，并建立设备运行状态管理数据库问。基于上述优点，红外热像仪是目前电气设备状态检修领域一种行之有效的检测手段。
【参考文献】
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[2]陈衡.红外热像仪在电力设备系统中故障诊断应用概况[J].激光与红外，1999，3：8-11.
[责任编辑：谢庆云]