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1、第一章红外成像检测【本章描述】本章通过对带电设备红外成像检测诊断工作体系、带电设备缺陷红外诊断物理基础、带电设备的缺陷分类、红外成像检测的基本原理与方法及典型带电设备缺陷红外成像检测图谱介绍，驾驭带电设备红外成像检测、诊断方法，娴熟驾驭D1./T664带电设备红外诊断应用规范的要求，熟识带电设备红外诊断的工作要求、现场测试前的打算工作和相关平安、技术措施、测试方法、技术要求及测试数据分析推断。第一节带电设备过热缺陷原理一、带电设备的主要缺陷模式及其原理对于高压电气设备的诸多缺陷，假如从红外监测与诊断的角度来讲，大体上可以分为两大类，即外部缺陷和内部缺陷。外部缺陷是指袒露在设备外部各部位发生的缺
2、陷（如长期暴露在大气环境中工作的袒露电气接头缺陷、设备表面污秽以及金属封装的设备箱体涡流过热等）。这类缺陷因能干脆暴露在红外监测仪器的视场范围内，红外检测时可很简洁地获得直观的有关缺陷信息。而内部缺陷则是指封闭在固体绝缘、油绝缘及设备壳体内部的各种缺陷。由于这类缺陷部位受到绝缘介质或设备壳体的阻挡，所以通常难以像外部缺陷那样从设备外部干脆获得直观的有关缺陷信息。但是，依据各种电气设备的内部结构和运行工况，依据传热学理论，分析传导、对流和辐射三种热交换型式沿不同传热路径的传热贡献（多数状况下只考虑金属导电回路、绝缘油和气体介质等引起的传导和对流），并结合模拟试验、大量现场检测实例的统计分析和解体
3、验证，也能够获得电气设备内部缺陷在设备外部显现的温度分布规律或热（像）特征，从而对设备内部缺陷的性质、部位及严峻程度作出推断。（一）电阻损耗增大缺陷电力系统导电回路中的金属导体都存在相应的电阻，因此，当通过负荷电流时，必定有一部分电能按焦耳一楞茨定律以热损耗的型式消耗掉。由此产生的发热功率为：P=kfI2R式中P一发热功率（W）；Kf一附加损耗系数；I一通过的负荷电流（八）；R一截流导体的直流电阻值（。）。Kf表明在沟通电路中计及趋肤效应和邻近效应时使电阻增大的系数。当导体的直径、导电系统和导磁率越大，以及通过的电流频率越高时，趋肤效应和邻近效应越显著，附加损耗系数Kf也就越大。在志向状况下，
4、假如导电回路中的各种连接件、接头或触头接触电阻低于相连接导体部分的电阻，那么，连接部位的电阻损耗发热不会高于（甚至低于）相邻截流导体的发热。然而，一旦某些连接件、接头或触头因连接不良，造成接触电阻增大，则该连接部位与四周导体部位相比，就会产生更多的电阻损耗发热功率和更高的温升，从而造成局部过热。运行实践证明，引起导电回路不良连接的主要缘由有以下几种：（I）导电回路连接结构设计不合理；（2）安装施工不严格，不符合工艺要求。如连接件的电接触表面未除净氧化层及其他污垢，焊接质量差，紧固螺母没拧到位，未加弹簧垫圈，由于长期运行引起弹簧老化，或者由于连接件内被连接的导线不等径等。（3）导线在风力舞动下或
5、者外界引起的振动等机械力作用下，以及线路周期性加载及环境温度的周期性变更，也会使连接部位周期热胀冷缩，导致连接松弛。（4）长期袒露在大气环境中工作，因受到雨、雪、雾、有害气体及酸、碱、盐等腐蚀性尘埃的污染和侵蚀，造成接头电接触表面氧化等。（5）电气设备内部触头表面氧化，多次分合后在触头间残存有机物或碳化物，触头弹簧断裂或退火老化，或因触头调整不当，或因分合时电弧的电腐蚀与等离子体蒸气对触头的磨损及烧蚀,造成触头有效接触面积减小等。（二）介质损耗（介损）增大缺陷除导电回路以外，由固体或液体（如变压器油）电介质构成的绝缘结构也是很多富压电气设备的重要组成部分。用作电器内部或截流导体旁边电气绝缘的电
6、介质材料，在交变电场作用下引起的能量损耗，通常称为介质损耗，由此产生的损耗发热功率表示为：P=U2Ctg式中P一发热功率（W）；3一交变电压的角频率；U施加的电压（V）；C一介质的等值电容（F）；IgS一绝缘介质损耗因数或介质损耗角正切值。由于绝缘电介质因介质损耗产生的发热功率与所施加的工作电压平方成正比，而与负荷电流大小无关，因此，称祥和损耗发热为电压效应引起的发热。即使在正常状态下，电气设备内部和导体四周的绝缘在交变电压作用下，也会有介质损耗发热。当绝缘介质的绝缘性能出现缺陷时，会引起绝缘的介质损耗（或绝缘介质损耗因数tg8）增大，因此导致介质损耗功率增加，设备运行温度上升。引起绝缘电介质
7、材料介质损耗增大的主要缘由包括：（1）固体绝缘材料材质不佳或老化。很多高压电气设备中的导电体绝缘材料材质不佳，或因长期运行中由于高温作用与氧化作用而发生老化，甚至出现开裂或脱落，导致绝缘性能劣化，发软或变脆，或分解或进水受潮等。（2）液体绝缘介质性能劣化、受潮以及绝缘介质本身的化学变更（如绝缘油受热与氧化，产生有机酸和蜡状物等）。（三）铁磁损耗（铁损）增大缺陷对于由绕组或磁回路组成的高压电气设备，由于铁芯的磁滞、涡流而产生的电能损耗称为铁磁损耗或铁损。假如由于设备结构设计不合理、运行不正常，或者由于铁芯材质不良，铁芯片间绝缘受损，出现局部或多点短路，可分别引起回路磁滞或磁饱和，或在铁芯片间短路
8、处产生短路环流，增大铁损并导致局部过热。另外，对于内部带铁芯绕组的高压电气设备（如变压器和电抗器等），假如出现磁回路漏磁，还会在铁制箱体产生涡流发热。由于交变磁场的作用，电器内部或载流导体旁边的非磁性导电材料制成的零部件，有时也会产生涡流损耗，因而导致电能损耗增加和运行温度上升。此类发热属于电磁效应引起的发热。（四）电压分布异样和泄漏电流增大缺陷有些高压电气设备（如避雷器和输电线路绝缘子等）在正常运行状态下，都有肯定的电压分布和泄漏电流，但是，当出现某些缺陷时，将变更其分布电压Ud和泄漏电流Ig的大小，并导致其表面温度分布异样。此时的发热虽然仍属于电压效应发热，但发热功率不同下式给出，而是由分
9、布电压与泄漏电流的相乘积确定：P=UdIg（五）缺油及其他缺陷油浸高压电气设备由于渗漏或其他缘由（如变压器套管未排气）而造成缺油或假油位，严峻时可以引起油面放电，并导致表面温度分布异样。这种热特征，除放电时引起发热外，通常主要是由于设备内部油位面上下介质（如空气和油）热物性参数值不同所致。除了上述各种主要缺陷模式以外，高压电气设备还有由于特殊运行方式，如过负荷、电压变更过大、单相运行等缘由引起的缺陷。此外还有由于设备冷却系统设计不合理、堵塞及散热条件差等引起的热缺陷。（六）带电设备性能在缺陷状态下的劣化从带电设备主要缺陷模式的探讨中已经知道,带电设备的很多缺陷往往都舍产生高温过热,设备假如长期
10、在这种过热状态下运行,就会使其各种性能劣化,甚至引发重大毁坏事故。（I）物理和化学性能劣化众所周知，高分子聚合物、自然或人造橡胶及其制品,经过长期运用后，因受氧化作用或受紫外线、机械应力、水蒸气和微生物等因素的作用,会引起大分子的交联或裂解反应,并导致其物理和化学性能的老化,即渐渐失去弹性，出现收缩、翘曲、裂纹、变脆、变硬或软化发黏等现象。尤其长期在较高温度状态下工作时，更会加速老化。一旦高压电气设备中的绝缘介质温度超过其运行平安裕度允许的最高温度时，电介质的性能就会因温度过高而急剧下降,直至引起热损坏或热击穿，中止绝缘介质的运用寿命。电介质在高温工作状态下物理和化学性能的下降,主要表现为耐热
11、性劣化和稳定性劣化。所谓耐热性劣化,就是电介质在高温过热状态下工作时,短时间内就能发生明显的热损坏。例如,绝缘介质材料因发生软化而不能够再承受外力的作用；因绝缘油气化而导致着火的危急;高分子聚合物绝缘塑料因增塑剂在高温下挥发而变硬、变脆，以致于当出现猛烈变更的温度（热冲击）作用时，由于在材料的内外层之间形成温差和不匀称的热膨胀（或收缩），引起绝缘材料开裂。所谓热稳定性劣化,就是绝缘介质在不很高的温度下，由于电介质内部发生的缓慢化学变更，已经可以造成绝缘材料性能的不行逆性变更。例如,变压器油的酸值渐渐上升,颜色变深;高分子聚合物的大分子交联反应引起的材料变硬、变脆;大分子裂变引起的分子链断裂,导
12、致材料变软、变黏等。那么,假如因缺陷发热而使其在更高的温度状态下工作时，电介质还会进一步发生更明显的化学变更,从而造成热损坏。例如，发生化学分解（如聚氯乙烯分解出氯化氢）、炭化（有机材料在高温作用下的炭化）、猛烈氧化（如变压器油的酸值在短时间内快速提高、橡胶的加速氧化等），甚至可以引起燃烧现象。为了保障运行平安,依据电气设备中常用绝缘材料的耐热性,确定其工作温度,并划分为表1一1所列出的几个耐热等级（GBllo21）O表1-1电气绝缘的耐热性评定和耐热等级耐热等级0AEBFH200220250工作温度（）90105120130155180200220250理论和实践均表明,绝缘材料的运用寿命与
13、工作温度之间呈指数关系,因此,同等级的绝缘材料工作温度假如超过表3-1规定的量值,其性能将快速劣化,运用寿命会大大缩短。假如A级绝缘材料超过允许工作温度8C,B级超过10C,F级超过12C,H级超过14,则其运用寿命将平均缩短一半左右。（2）电气性能劣化电气设备的电气性能,主要指载流导体的导电性能和绝缘材料与部件的电气绝缘性能。不言而喻,载流导体在高温缺陷状态下运行,必定增大导电电阻,增加电能损耗,温度进一步上升，直至毁坏。尤其对载流回路的连接部位,长时间过热运行不仅增大接触电阻,而且还会加速接触面氧化与污秽物的腐蚀作用，以恶性循环的形式使连接处缺陷加剧,最终酿成烧损、熔焊或毁坏等事故。对于电
14、介质而言,随着工作温度上升，电导率快速增大,因此,造成电气绝缘性能劣化。而且,随着电导电流和介质损耗增大,还会进一步促使设备升温过热。对于用作电气设备内部绝缘和冷却介质的电介质材料而言,长期在高温状态下运行,会产生击穿现象,从而丢失它的电气绝缘性能。探讨表明,影响流体介质击穿电压的因素,除杂质、电压作用时间、电场匀称程度和压力以外,油的击穿电压还与愠度有较困难的关系。在060C温度范围内，受潮液体击穿电压往往随温度上升而明显增加。缘由是油中悬浮状态的水分随温度上升而转变为溶解状态。以致受潮的变压器油在温度较高时（如6080C）击穿电压会出现极大值。但是,随着温度进一步上升,即在高温缺陷状态下,
15、油中水分汽化增多，以致形成“汽桥”，因而使击穿电压又明显降抵。固体介质的击穿有电击穿、热击穿和化学击穿等形式。其中，电击穿的特点是电压作用时间短,击穿电压高，电介质温度不高,而且几乎与四周环境温度无关。热击穿是当对固体介质施加电压时，由于介质损耗引起发热并导致温升,加上介质的电阻具有负温度系数,所以使电流进一步增大,损耗发热也随之增加。一旦介质中产生的热量大于传递出去的热量时,介质温度就会不断上升,并逐步引起介质分解或炭化等,直至介质击穿。固体介质击穿后,会出现烧焦、裂缝或熔化的通道等。即使撤去外加电压,也不能再自己复原绝缘性能。热击穿的理论探讨表明，介质损耗因数tg越大,或者tg随温度上升越
16、显著，则越简洁发生热击穿（即热击穿电压越低）。电压频率越高,也会降低热击穿电压。因此,要想提富热击穿电压,只有改善散热条件（增大导热系数），而增加厚度只会使介质内层的散热变得更因难。所谓化学击穿,就是由局部放电引起的介质老化和击穿过程。由于在高压绝缘材料内部不行避开地会存在缺陷（如固体绝缘中的气隙和液体绝缘中的气泡等）和电场分布的不匀称性。这些气隙、气泡和固体绝缘局部沿面上的场强达到肯定限度以上时,就会发生局部放电。虽然这种放电只发生在局部,并不马上形成贯穿性通道,但长期局部放电必定使绝缘（特殊是有机介质）的劣化损伤渐渐扩大,甚至可使整个绝缘击穿或沿面闪络。引起介质局部放电的主耍缘由是在高温作用下带电粒子撞击介质，使介质加速氧化。对于高分子材料而言，由于氧化等作用，引起裂解
