评估电网设备运行状态最为人熟知的技术中包括红外和紫外成像。两种技术迄今为止均已经应用了几十年, 所依赖的工具是多年来已经有很大变革的专业相机。最新一代上述相机的共同发展趋势是朝着更便于携带、更好的数据存储与共享性能, 以及更便于用户评估已经鉴定的问题的严重性。
连续共同采用两种成像技术使电力工程师们想知道它们是否可以互补, 以及是否必须始终同时使用, 或者能否互相交替使用来检测相同的早期问题。不同的专家可能会给出不同的答案。但不言自明的是, 对于定位某些特定类型的缺陷, 每种检测技术提供了其独特的优势。
一般来说, 红外成像记录泄漏电流升高导致的内部发热, 而紫外成像检测表面附近高电场强度导致的电晕放电。第一种现象取决于内部产生的热源, 第二种现象取决于表面状态。这两种情况均对线路组件或变电站的某个设备构成潜在的威胁, 并且两者均表明需要或者未来更密切检查或者立即实施补救维修。
关于红外成像, 一直长期从事此类检测且使用过这一设备数个更新换代产品的专家为数不多, Bill Hoth便是其中之一, 他具有33年的专业背景, 通常以每年约700(条/个) 的速度检查大量的线路和变电站。INMR近期跟随Hoth对佛罗里达州海湾沿岸附件的138kV变电站进行了红外检测, 并与他探讨了红外检测过程的一些细节。
Bill Hoth回忆起以前携带红外设备进行检测的情形, 当时设备很笨重, 要求他同时携带液氮冷却剂。目前作为清水型通用红外热像仪的负责人, 他主要使用一种新相机, 比以前相机的像素提高了四倍, 并且轻便和便携。
Hoth说他一直仅重点关注红外成像, 很大程度上是因为他发现电晕检测随机性太强。他认为紫外检测无法明确判定部件是否处在良好的工作状态。相比之下, 对于红外检测, 状态评估中的决定性因素不是绝对温度, 而是如何将被检查部件的温度与附近类似部件的参考温度进行比较。Hoth说, “现在大多数工程师不太在意某一特定器件的温度, 而是在意它是否与邻近类似器件的温度有显著差异。”
Hoth指出, 由于红外成像检测受湿度和风况的影响, 要求检查人员了解关键的气象参数。例如, 相对湿度较高使所有 “发热点” 看起来比实际温度低。在大风的情况下, 相机没有专门的校正装置, 但训练有素的操作员必须意识到并在撰写检查报告时将这一因素考虑在内。Hoth也指出, 由于每个被检查的器件均会发出和接收相同的辐射信号, 红外成像的关键在于发射系数, 这意味着每个物体的红外成像必须根据其已知的发射系数进行调整。
靠近迈尔斯堡(Fort Myers)的伊莫卡利(Immokalee)138kV变电站是本地电力公司Lee郡电力合作(Lee County Electric Co-operative)经营的约25个变电站之一, 在对该变电站进行发热检测期间, Hoth发现线路开关的刀闸处有发热点。他说这可能是触头和刀闸之间受到侵蚀而导致的, 因此可能需要进行清洗。他指出, “在惯常的报告中, 我会精确定位任何诸如这一发热点的位置, 标明设备号以及检测到发热相的位置。”
Hoth解释说, 对任何检测得出的结果可能有不同的处理方式, 依据特定的客户而定。他说, “对于如何排列最优先的维修工作, 属于紧急、严重或中等, 每家电力公司均有自己的思路。有时这是一个是否可行以及电网其他部分状况的问题。但如果我看到相同的相间位置和负荷下存在150°F（66°C）的温度差, 这通常被视为 “紧急”。相比之下, 局部温度上升至20华氏度可能仅仅是由于负载增大所致, 或者甚至只是环境条件发生了变化所致。”
他还提出, 很少能发现每次检测中有10到15个发热点, 而较大的电力公司经常是这一数字的3到4倍。存在发热点的典型位置包括配电开关, 他估计在以往的检查过程中, 这些开关中约有一半是记录在案的。他观察得出, “开关往往是出现发热点最多的地方, 主要原因是因为它们是运动的部件。另一个常见的发热部位是套管, 一般是由于接头松动或被污染所致。”
(b): 23kV变电站开关有热点, 必须调整和清洗连接处。
(d): 240kV断路器套管接头处有发热点, 维修工作包括清理润滑油和紧固接头。
Hoth继续解释说, 热成像在避雷器的状态评估中也很有用。据专家介绍, 红外成像之所以如此有用, 是因为避雷器在稳态运行期间通常很少消散能量, 因此其温度很少表现出大大高于环境。例如, 即使一些高度达4米或5米的最大型MOV避雷器, 它们的消耗热量不超过50瓦, 因此不会产生任何明显的温升, 这使测量温度梯度的工作更具挑战性。
通过经验, Hoth发现在没有阳光的环境中, 他可以更好的评估避雷器的温度, 使他能够更好地观察到与环境温度相差甚至小于1℃的温度。这是一个循序渐进的过程, 如果避雷器的温度与附近相同的设备即使出现细微的差别, 也会被列入观察的名单中。如果避雷器出现4到6°C的差异, 那么将被标记为在几周内需要复查, 如果温度梯度大于7-10°C, 避雷器将被列入紧急更换的名单中, 这种方法在美国以及加拿大的电力公司中很普遍。
几乎可以肯定的一点是, 避雷器温度比周围设备高出15°C的很少见。一旦温度开始上升到这么高, 泄漏电流也将增大, 这反过来导致更快的加热, 意味着避雷器的寿命很可能不会持续太久。局部放电本身所产生的热量并不足以使热成像能检测到。
(b): 葡萄牙电力公司配电部面临的其中一个最大挑战是确保在强风伴随着暴雨时树木繁茂地区的供电可靠性。
使用热成像技术检测避雷器有几个好处, 可以从数据采集的速度说起。Hoth说, 实际上, 判断避雷器是否接近寿命极限时, 没有哪种方法比扫描避雷器的温度更快捷。远距离拍摄的精度也很好, 尤其是使用长镜头拍摄。避雷器接近失效但并没有伴随发热的风险很低。与此同时, 如果避雷器在上一次热扫描后的仅几天内遭受雷击或操作冲击而损坏, 很有可能会在下一次计划中的扫描之前发生故障。
(d): 需要更换的故障变压器用避雷器的红外图。
连续扫描间隔之间的潜在故障是避雷器热成像检测的缺点之一, 另一个缺点是目前市场上还没有可以远程传输数据的红外设备。因此, 获取避雷器发热的资料要求派人去现场收集数据, 通常在夜间。尽管如此, 热成像仍然是带电监测避雷器性能的最佳选择之一。
除了变电站, Hoth也在架空线路的红外检测中投入了大量时间。他指出, 虽然很多电力公司在寻求增加航拍技术来监测线路, 但凡有可能则更倾向于沿线路走廊以每小时约20英里（30公里/小时）的速度驾车巡线, 特别是对配电线路。他解释说, 优点之一是从地面测量的精度往往更高。Hoth说, “从直升机上俯瞰的替代方案, 看到的可能是地面上许多其他的热源, 相比之下, 从地面仰望的天空则是超级爽的背景。
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