紅外測溫技術作為帶電檢測的一種重要手段，具有不停電、不接觸、不解體、不取樣等一系列優(yōu)點，已廣泛應用在電力系統(tǒng)中。目前紅外測溫技術不斷成熟，紅外測溫儀的測量精度及圖像分辨率均能達到精確測溫的要求，通過紅外測溫技術，分析診斷GIS設備熱缺陷必將成為開展設備狀態(tài)檢測的重要手段。文章基于紅外測溫原理，分析GIS設備內(nèi)部與外部熱缺陷的機理及表現(xiàn)形式，提出相應地診斷依據(jù)，并通過實例進行分析驗證，總結出有效地檢測和診斷方法，以達到對現(xiàn)場實際提供有效指導價值的目的。

一、紅外測溫基本原理

任何溫度高于絕對零度（-273℃）的物體都會向外輻射紅外線，紅外輻射能量與溫度成一定的函數(shù)關系。見式（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)射體的絕對溫度，K。

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

從圖1中可知，輻射能量通過儀器的透鏡、濾光片，會聚到探測器，探測器將輻射能轉換成電信號，經(jīng)過放大器、A/D轉換器的處理，最后顯示出溫度值或將熱分布轉化為圖像顯示。

二、紅外測溫在GIS內(nèi)部缺陷中的應用

1、內(nèi)部熱缺陷機理

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

內(nèi)部熱缺陷的診斷是通過分析比較設備外部溫度分布場和溫度的變化來實現(xiàn)的。熱分布圖的主要表現(xiàn)為:

（1）發(fā)熱部位多位于導體對接處、斷路器和隔離開關的動靜觸頭結合處等部位。

（2）受熱對流上升效應的影響，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。

針對常見的內(nèi)部導電桿發(fā)熱缺陷，筆者認為：一旦發(fā)現(xiàn)便應視為嚴重缺陷，尤其是罐體上部溫度達到50℃，罐體溫升超過40℃或罐體上下部位溫差超過20℃時應列為危急缺陷。

2、實例分析

2014年8月，對某500kV變電站進行例行紅外測溫時，發(fā)現(xiàn)220 kV分段Ⅱ22F開關A相開關與CT連接母線筒壁發(fā)熱，熱分布圖及相應部位見圖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)場初步分析可能為內(nèi)部導電體接觸不良，若不及時處理可能導致觸頭燒損引起電弧，造成擊穿甚至爆炸，嚴重影響區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

設備停運后，對分段Ⅱ22F間隔進行診斷試驗分析，具體診斷項目如下:

（1）對22F筒體發(fā)熱氣室進行SF。氣體組份測試，未檢測出SO₂、H₂S等典型放電氣體，試驗結果正常；

（2）發(fā)熱部位進行X光透視檢查，檢查結果未見異常；

（3）回路電阻測試，從22F斷路器兩側開關之間進行回路電阻測試，測試結果見表1

設備解體后，對內(nèi)部情況進行檢查后發(fā)現(xiàn)，該發(fā)熱主要有兩個原因造成：

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

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

三、紅外測溫在GIS外部缺陷中的應用

1、外部熱缺陷機理

GIS外殼接地分兩種方式：分段絕緣及全鏈多點接地。由于多點接地具有外部漏磁少、感應電壓低等優(yōu)點，其可靠性和安全性均高于一點接地方式，因此目前使用的GIS設備基本全部采用多點接地方式，但該方式下，對于三相分箱母線，受電磁感應影響，會產(chǎn)生較大環(huán)流，一般能達到內(nèi)部導體電流值的70%-90%。一旦出現(xiàn)GIS外殼接地點接觸不良、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題時，便會造成嚴重發(fā)熱。罐體環(huán)流引起外部發(fā)熱雖不直接影響GIS運行，但長期高溫影響GIS絕緣件壽命，并容易使密封件過早老化，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)熱不應忽視，按照設備接頭類紅外熱像診斷標準判斷。

外部熱缺陷熱分布圖主要表現(xiàn)為:

（1）發(fā)熱多發(fā)生在外殼多點接地且三相分箱的設備中，發(fā)熱部位多位于導流排連接而、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)場容易檢測；

（3）溫升與設備負荷具有明顯的對應關系，即可看成近似的正比關系。

2、實例分析

（1）實例1

2014年5月，某變電站對220 kV GIS設備進行例行紅外測溫，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)熱圖見圖6。

經(jīng)檢查分析，該GIS為三相不共箱設備，罐體為多點接地，受內(nèi)部導體電磁感應影響，外殼在相鄰兩接地點會產(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，檢查發(fā)現(xiàn)，該接地點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，造成該部位的過熱現(xiàn)象。

（2）實例2

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

該CT的二次線圈為外置式結構，即二次線圈位于氣室之外，外部為一鋁合金外罩，用以保護內(nèi)部二次線圈，外罩與上下法蘭進行了絕緣處理，僅通過一根等電位線與地相連，以保持地電位。設備停運后，經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，該CT外罩與下法蘭的絕緣接觸而有一處受到破壞，導致與法蘭而直接接觸，造成外罩通過該點和等電位線兩處接地，從而出現(xiàn)環(huán)流，最終導致了發(fā)熱現(xiàn)象。

四、結語

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

文中基于紅外測溫原理提出了GIS設備內(nèi)部與外部發(fā)熱缺陷的機理及表現(xiàn)特征，并給出相應的分析診斷依據(jù)，對于現(xiàn)場檢測時如何區(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，并結合實例分析不同類型的發(fā)熱缺陷，進一步驗證紅外測溫技術在GIS缺陷分析中的有效性和準確性，為指導現(xiàn)場實際提供了較高的參考價值。