紅外測(cè)溫技術(shù)作為帶電檢測(cè)的一種重要手段，具有不停電、不接觸、不解體、不取樣等一系列優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)中。目前紅外測(cè)溫技術(shù)不斷成熟，紅外測(cè)溫儀的測(cè)量精度及圖像分辨率均能達(dá)到精確測(cè)溫的要求，通過(guò)紅外測(cè)溫技術(shù)，分析診斷GIS設(shè)備熱缺陷必將成為開(kāi)展設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)的重要手段。文章基于紅外測(cè)溫原理，分析GIS設(shè)備內(nèi)部與外部熱缺陷的機(jī)理及表現(xiàn)形式，提出相應(yīng)地診斷依據(jù)，并通過(guò)實(shí)例進(jìn)行分析驗(yàn)證，總結(jié)出有效地檢測(cè)和診斷方法，以達(dá)到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際提供有效指導(dǎo)價(jià)值的目的。

一、紅外測(cè)溫基本原理

任何溫度高于絕對(duì)零度（-273℃）的物體都會(huì)向外輻射紅外線，紅外輻射能量與溫度成一定的函數(shù)關(guān)系。見(jiàn)式（1）

式（1）中：W為發(fā)熱體發(fā)生功率，W；ε為輻射率；δ為玻爾茲曼常數(shù)；A為發(fā)射體表而積，㎝²；T為發(fā)射體的絕對(duì)溫度，K。

由式（1）可知，已知發(fā)射體表而的發(fā)射率，通過(guò)檢測(cè)紅外輻射能量，就可推斷出發(fā)射體的溫度。紅外熱像儀測(cè)溫的原理見(jiàn)圖1

從圖1中可知，輻射能量通過(guò)儀器的透鏡、濾光片，會(huì)聚到探測(cè)器，探測(cè)器將輻射能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器、A/D轉(zhuǎn)換器的處理，最后顯示出溫度值或?qū)岱植嫁D(zhuǎn)化為圖像顯示。

二、紅外測(cè)溫在GIS內(nèi)部缺陷中的應(yīng)用

1、內(nèi)部熱缺陷機(jī)理

GIS設(shè)備內(nèi)部熱缺陷的原因通常包括內(nèi)部導(dǎo)體連接不良，如螺栓未達(dá)到力矩要求，觸指彈簧壓力不夠等，斷路器或隔離開(kāi)關(guān)合閘不到位，內(nèi)部絕緣件受潮、老化等。

內(nèi)部熱缺陷的診斷是通過(guò)分析比較設(shè)備外部溫度分布場(chǎng)和溫度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。熱分布圖的主要表現(xiàn)為:

（1）發(fā)熱部位多位于導(dǎo)體對(duì)接處、斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)靜觸頭結(jié)合處等部位。

（2）受熱對(duì)流上升效應(yīng)的影響，發(fā)熱特征是罐體上部溫度明顯高于下部溫度，一般水平罐體的特征是罐體頂部最熱，往四周溫度逐漸遞減。

（3）內(nèi)部熱缺陷熱輻射而積較大，在罐體上表現(xiàn)為一定區(qū)域內(nèi)存在熱特征圖像。

針對(duì)常見(jiàn)的內(nèi)部導(dǎo)電桿發(fā)熱缺陷，筆者認(rèn)為：一旦發(fā)現(xiàn)便應(yīng)視為嚴(yán)重缺陷，尤其是罐體上部溫度達(dá)到50℃，罐體溫升超過(guò)40℃或罐體上下部位溫差超過(guò)20℃時(shí)應(yīng)列為危急缺陷。

2、實(shí)例分析

2014年8月，對(duì)某500kV變電站進(jìn)行例行紅外測(cè)溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)220 kV分段Ⅱ22F開(kāi)關(guān)A相開(kāi)關(guān)與CT連接母線筒壁發(fā)熱，熱分布圖及相應(yīng)部位見(jiàn)圖2、3。

從圖2可以看出，A相高位筒體最高溫度為45.4℃(環(huán)境溫度約為25℃)，較底部筒體高出6.2℃ ,熱分布圖符合內(nèi)部發(fā)熱特征，現(xiàn)場(chǎng)初步分析可能為內(nèi)部導(dǎo)電體接觸不良，若不及時(shí)處理可能導(dǎo)致觸頭燒損引起電弧，造成擊穿甚至爆炸，嚴(yán)重影響區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

設(shè)備停運(yùn)后，對(duì)分段Ⅱ22F間隔進(jìn)行診斷試驗(yàn)分析，具體診斷項(xiàng)目如下:

（1）對(duì)22F筒體發(fā)熱氣室進(jìn)行SF。氣體組份測(cè)試，未檢測(cè)出SO₂、H₂S等典型放電氣體，試驗(yàn)結(jié)果正常；

（2）發(fā)熱部位進(jìn)行X光透視檢查，檢查結(jié)果未見(jiàn)異常；

（3）回路電阻測(cè)試，從22F斷路器兩側(cè)開(kāi)關(guān)之間進(jìn)行回路電阻測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1

設(shè)備解體后，對(duì)內(nèi)部情況進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)，該發(fā)熱主要有兩個(gè)原因造成：

觸指與導(dǎo)電桿接觸不均勻。檢查電連接觸指有發(fā)黑痕跡，觸指內(nèi)部情況見(jiàn)圖4。由圖4可判斷為裝配時(shí)涂抹導(dǎo)電膏，觸指導(dǎo)流受熱焦化發(fā)黑；現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)黑觸指分布集中在底部下端，判斷該位置觸指與導(dǎo)電桿接觸不均勻。由于早期制造工藝原因，觸指不能與導(dǎo)電桿有效全部接觸，導(dǎo)致電流不能均勻通過(guò)觸指（27片），造成局部觸指發(fā)熱。

電連接導(dǎo)電座與觸指座接觸不良。解體發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電座與觸指座接觸不好見(jiàn)圖5，檢查電連接內(nèi)部的螺栓有3個(gè)螺栓力矩未達(dá)到25N·m要求，導(dǎo)致接觸不良發(fā)熱，且出現(xiàn)導(dǎo)電膏受熱不均燒蝕凝固發(fā)黑的現(xiàn)象。

三、紅外測(cè)溫在GIS外部缺陷中的應(yīng)用

1、外部熱缺陷機(jī)理

GIS外殼接地分兩種方式：分段絕緣及全鏈多點(diǎn)接地。由于多點(diǎn)接地具有外部漏磁少、感應(yīng)電壓低等優(yōu)點(diǎn)，其可靠性和安全性均高于一點(diǎn)接地方式，因此目前使用的GIS設(shè)備基本全部采用多點(diǎn)接地方式，但該方式下，對(duì)于三相分箱母線，受電磁感應(yīng)影響，會(huì)產(chǎn)生較大環(huán)流，一般能達(dá)到內(nèi)部導(dǎo)體電流值的70%-90%。一旦出現(xiàn)GIS外殼接地點(diǎn)接觸不良、法蘭間接觸不良、三相短接排與法蘭而接觸不良、法蘭而緊固螺栓力矩不合格等問(wèn)題時(shí)，便會(huì)造成嚴(yán)重發(fā)熱。罐體環(huán)流引起外部發(fā)熱雖不直接影響GIS運(yùn)行，但長(zhǎng)期高溫影響GIS絕緣件壽命，并容易使密封件過(guò)早老化，密封性能下降，引起漏氣，因此罐體環(huán)流引起法蘭等部位發(fā)熱不應(yīng)忽視，按照設(shè)備接頭類紅外熱像診斷標(biāo)準(zhǔn)判斷。

外部熱缺陷熱分布圖主要表現(xiàn)為:

（1）發(fā)熱多發(fā)生在外殼多點(diǎn)接地且三相分箱的設(shè)備中，發(fā)熱部位多位于導(dǎo)流排連接而、法蘭而固定螺栓等位置；

（2）熱輻射而積小，發(fā)熱部位突出，具有明顯的溫升現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)容易檢測(cè)；

（3）溫升與設(shè)備負(fù)荷具有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可看成近似的正比關(guān)系。

2、實(shí)例分析

（1）實(shí)例1

2014年5月，某變電站對(duì)220 kV GIS設(shè)備進(jìn)行例行紅外測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)某條線路出線氣室罐體底部與支柱座連接部位有發(fā)熱現(xiàn)象，與相鄰線路的同部位的溫差為20K，熱分布圖符合外部發(fā)熱特征，其罐體外部發(fā)熱圖見(jiàn)圖6。

經(jīng)檢查分析，該GIS為三相不共箱設(shè)備，罐體為多點(diǎn)接地，受內(nèi)部導(dǎo)體電磁感應(yīng)影響，外殼在相鄰兩接地點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生電壓差并形成環(huán)流，且環(huán)流較大，圖6中發(fā)熱部位為出線罐體的接地點(diǎn)，檢查發(fā)現(xiàn)，該接地點(diǎn)部位由于接觸而緊固不牢，造成連接而虛接現(xiàn)象，停電前測(cè)量環(huán)流值約為530A，在較大環(huán)流作用下，受較大接觸電阻影響，造成該部位的過(guò)熱現(xiàn)象。

（2）實(shí)例2

2014年3月，某500kV變電站在紅外測(cè)溫時(shí)發(fā)現(xiàn)，500kV GIS設(shè)備某一CT外殼處有一發(fā)熱點(diǎn)，發(fā)熱點(diǎn)部位突出、而積較小，該熱點(diǎn)與外殼其他部位溫差達(dá)12K，熱分布圖符合外部發(fā)熱特征，見(jiàn)圖7。

該CT的二次線圈為外置式結(jié)構(gòu)，即二次線圈位于氣室之外，外部為一鋁合金外罩，用以保護(hù)內(nèi)部二次線圈，外罩與上下法蘭進(jìn)行了絕緣處理，僅通過(guò)一根等電位線與地相連，以保持地電位。設(shè)備停運(yùn)后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，該CT外罩與下法蘭的絕緣接觸而有一處受到破壞，導(dǎo)致與法蘭而直接接觸，造成外罩通過(guò)該點(diǎn)和等電位線兩處接地，從而出現(xiàn)環(huán)流，最終導(dǎo)致了發(fā)熱現(xiàn)象。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著紅外測(cè)溫技術(shù)及紅外測(cè)溫儀器的不斷發(fā)展和成熟，紅外測(cè)溫在GIS設(shè)備中的應(yīng)用越來(lái)越廣，且由于具備抗電磁干擾能力強(qiáng)、不接觸帶電設(shè)備、熱圖像形象直觀以及故障診斷和缺陷類型識(shí)別能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此作為一項(xiàng)有效地帶電檢測(cè)手段，紅外測(cè)溫必將為GIS設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)提供重要的技術(shù)支撐。

文中基于紅外測(cè)溫原理提出了GIS設(shè)備內(nèi)部與外部發(fā)熱缺陷的機(jī)理及表現(xiàn)特征，并給出相應(yīng)的分析診斷依據(jù)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)如何區(qū)分內(nèi)外部故障以及如何判斷故障原因和類型提供參考，并結(jié)合實(shí)例分析不同類型的發(fā)熱缺陷，進(jìn)一步驗(yàn)證紅外測(cè)溫技術(shù)在GIS缺陷分析中的有效性和準(zhǔn)確性，為指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際提供了較高的參考價(jià)值。