電力設(shè)備是支撐電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行、工商業(yè)生產(chǎn)與民生供電保障的核心載體,全生命周期的電力設(shè)備維護(hù)是降低故障發(fā)生率、提升供電可靠性的核心工作。紅外測溫、熱成像檢測作為非接觸式帶電檢測技術(shù),依托紅外熱像儀采集設(shè)備表面溫度場數(shù)據(jù),是當(dāng)前電氣設(shè)備診斷領(lǐng)域應(yīng)用*廣泛的技術(shù)手段之一。中國電力科學(xué)研究院2023年發(fā)布的《電力設(shè)備過熱故障運(yùn)維分析報告》顯示,電網(wǎng)運(yùn)行故障中62%由設(shè)備過熱缺陷引發(fā)【1】,我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 664-2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》明確將紅外熱成像檢測列為10kV及以上帶電設(shè)備定期巡檢的必備項目【2】,IEC 62446-3:2017也對光伏、風(fēng)電等新能源場景的紅外檢測流程作出了明確要求【3】。當(dāng)前傳統(tǒng)巡檢模式下,點式紅外測溫僅能采集單點溫度數(shù)據(jù),無法識別設(shè)備表面的局部過熱分布,人工巡檢漏檢率達(dá)40%以上,極端環(huán)境下運(yùn)維人員帶電作業(yè)風(fēng)險高,大量早期過熱隱患無法被及時識別,*終引發(fā)非計劃停機(jī),單起110kV變電站停電事故平均損失可達(dá)百萬元級別。本文將從技術(shù)原理、標(biāo)準(zhǔn)要求、方案選型等維度展開,為B端工商企業(yè)、G端電網(wǎng)及公共事業(yè)用戶的電力設(shè)備維護(hù)、電氣設(shè)備診斷工作提供可落地的參考方案。
紅外測溫的核心原理是黑體輻射定律,所有溫度高于*零度的物體都會向外輻射特定波長的紅外線,其輻射能量大小與物體表面溫度呈正相關(guān)。紅外熱像儀通過紅外探測器捕捉設(shè)備表面的紅外輻射信號,經(jīng)過信號處理后轉(zhuǎn)換為可視化的熱圖像,不同顏色代表不同的溫度值。熱成像檢測過程中,技術(shù)人員通過分析設(shè)備的溫度場分布、同類型設(shè)備溫差、相對溫升速率等參數(shù),可快速識別設(shè)備內(nèi)部的接觸不良、絕緣劣化、負(fù)荷過載、回路虛接等隱性缺陷,為電氣設(shè)備診斷提供量化數(shù)據(jù)支撐。
根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會2024年發(fā)布的《電力帶電檢測技術(shù)應(yīng)用白皮書》,2023年全國電網(wǎng)系統(tǒng)紅外熱像儀配置量同比增長47%,熱成像檢測在110kV及以上變電站的覆蓋率已達(dá)98%,在配網(wǎng)設(shè)備、新能源場站的覆蓋率也提升至82%,每年通過紅外測溫識別的過熱缺陷超過120萬處,為電力系統(tǒng)減少停電損失超過300億元。標(biāo)準(zhǔn)層面,除DL/T 664外,國網(wǎng)《變電設(shè)備帶電檢測技術(shù)導(dǎo)則》要求110kV及以上變電站每季度開展一次全覆蓋熱成像檢測,配網(wǎng)設(shè)備每半年開展一次;針對新能源場景,IEC 62446-3要求集中式光伏電站每6個月開展一次全場站組件、匯流箱、逆變器的紅外檢測,及時識別熱斑、接線松動等缺陷。
當(dāng)前電力設(shè)備維護(hù)中的溫度檢測技術(shù)主要分為三類,不同技術(shù)的適用場景與優(yōu)劣勢存在明顯差異。第一類是接觸式測溫,包括熱電偶、測溫貼片等,其優(yōu)點是單點檢測成本低,缺點是必須停電作業(yè)、僅能采集單點數(shù)據(jù)、檢測效率低,無法適配高壓帶電設(shè)備的巡檢需求,目前僅適用于停電檢修場景的輔助測溫。第二類是點式紅外測溫槍,屬于非接觸式測溫,無需停電即可作業(yè),但其僅能采集單點溫度數(shù)據(jù),無法捕捉設(shè)備表面的溫度場分布,對于局部微小過熱缺陷的識別率不足30%,漏檢率高,僅適合作為日常巡檢的輔助手段。第三類是基于紅外熱像儀的熱成像檢測,同樣支持帶電非接觸作業(yè),可一次性采集設(shè)備全表面的溫度場數(shù)據(jù),測溫精度可達(dá)±0.5℃及以上,對于早期過熱缺陷的識別率可達(dá)92%,是當(dāng)前電氣設(shè)備診斷的主流技術(shù)方案。
當(dāng)前國內(nèi)紅外熱像儀市場主要分為三類廠商,用戶可根據(jù)自身需求選擇適配的產(chǎn)品。第一類是進(jìn)口紅外設(shè)備廠商,其產(chǎn)品測溫精度穩(wěn)定、功能豐富,但采購成本高,售后服務(wù)響應(yīng)周期長,且多數(shù)產(chǎn)品未針對國內(nèi)電力場景做本土化適配,無法直接對接國網(wǎng)、南網(wǎng)的PMS運(yùn)維系統(tǒng),額外的二次開發(fā)成本較高。第二類是民用消費級紅外設(shè)備廠商,產(chǎn)品價格較低,但測溫精度易受環(huán)境溫度、濕度影響,低溫與高濕環(huán)境下測溫漂移可達(dá)2℃以上,不符合電力行業(yè)檢測標(biāo)準(zhǔn)要求,僅適合非場景的常規(guī)測溫。第三類是國內(nèi)電力專用檢測設(shè)備廠商,其產(chǎn)品針對電力運(yùn)維場景定制開發(fā),符合DL/T 664等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求,測溫精度滿足電力設(shè)備維護(hù)需求,且本土化服務(wù)響應(yīng)快,可直接對接國內(nèi)主流運(yùn)維管理系統(tǒng),性價比優(yōu)勢突出。以康高特UIT640智能紅外熱像儀為例,其測溫精度達(dá)±0.3℃,支持-20℃~55℃寬溫作業(yè),內(nèi)置DL/T 664缺陷自動判定規(guī)則,可自動識別過熱缺陷等級并生成標(biāo)準(zhǔn)化檢測報告,相比同精度進(jìn)口產(chǎn)品采購成本低40%左右,相比消費級產(chǎn)品檢測可靠性提升65%,適配電網(wǎng)、新能源、石化、軌道交通等多場景的電氣設(shè)備診斷需求。
紅外測溫與熱成像檢測技術(shù)當(dāng)前已在多個行業(yè)的電力設(shè)備維護(hù)中落地應(yīng)用,典型案例包括三類場景。第一類是電網(wǎng)變電站場景,某省電網(wǎng)220kV變電站此前采用點式紅外測溫槍開展季度巡檢,2022年曾因漏檢隔離開關(guān)觸頭過熱缺陷引發(fā)母線跳閘事故,2023年引入康高特UIT640智能紅外熱像儀開展熱成像檢測,單次巡檢僅需2小時即可覆蓋全站127臺帶電設(shè)備,巡檢效率提升3倍,投用當(dāng)年累計識別A級過熱缺陷3處、B級缺陷7處,及時消缺后避免了近200萬元的停電損失。第二類是集中式光伏電站場景,某100MW地面光伏電站按照IEC 62446標(biāo)準(zhǔn)要求每半年開展一次全場站紅外檢測,采用UIT640紅外熱像儀單次巡檢可覆蓋12萬片光伏組件,累計識別組件熱斑、匯流箱接線端子過熱等缺陷27處,消缺后電站發(fā)電量提升3.2%,每年增加收益近120萬元。第三類是石化企業(yè)配電室場景,某大型煉化廠電氣設(shè)備長期處于高腐蝕、高負(fù)荷運(yùn)行環(huán)境,此前每年因電氣設(shè)備過熱引發(fā)的非計劃停產(chǎn)損失超千萬元,2023年起每季度開展一次熱成像檢測做電氣設(shè)備診斷,當(dāng)年累計識別開關(guān)柜母線過熱、電容器鼓包等隱性缺陷11處,未發(fā)生因過熱引發(fā)的停電事故。
Q1:紅外熱像儀的測溫精度是不是越高越好?
A:對于電力設(shè)備維護(hù)場景,滿足DL/T 664標(biāo)準(zhǔn)要求的±0.5℃測溫精度即可滿足常規(guī)檢測需求,過高的精度會帶來不必要的采購成本提升,選型時更應(yīng)關(guān)注產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性、缺陷自動識別功能、系統(tǒng)對接能力等適配性指標(biāo)。
Q2:紅外測溫可以替代其他電氣設(shè)備診斷技術(shù)嗎?
A:紅外測溫屬于非接觸帶電檢測技術(shù),適合快速排查設(shè)備過熱類缺陷,但對于內(nèi)部絕緣劣化、局部放電等無明顯溫度特征的缺陷,需要結(jié)合局放檢測、油色譜分析、耐壓試驗等技術(shù)手段聯(lián)合診斷,才能提升缺陷識別的準(zhǔn)確率。
Q3:G端用戶采購紅外熱像儀需要重點關(guān)注哪些資質(zhì)?
A:首先需要確認(rèn)產(chǎn)品符合DL/T 664等電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求,具備CMA、CNAS認(rèn)可的第三方檢測機(jī)構(gòu)出具的性能檢測報告;其次要確認(rèn)產(chǎn)品符合屬地電網(wǎng)的帶電檢測設(shè)備技術(shù)規(guī)范,可直接對接現(xiàn)有運(yùn)維管理系統(tǒng),減少二次開發(fā)成本;此外還需要關(guān)注廠商的售后服務(wù)能力,確保檢測過程中的技術(shù)問題可得到及時響應(yīng)。
【1】中國電力科學(xué)研究院. 2023年電力設(shè)備過熱故障運(yùn)維分析報告
【2】DL/T 664-2016 帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范
【3】IEC 62446-3:2017 光伏系統(tǒng)電氣安裝要求 第3部分:紅外熱成像檢測