怎么通过红外热像检测判断变压器分接开关是否存在接触不良问题

变压器分接开关是调节输出电压的核心部件，其接触状态直接影响设备运行稳定性。若接触不良，易因电阻增大引发局部过热，甚至导致烧蚀、停电事故。红外热像检测作为非接触式温度监测技术，能直观呈现设备温度分布，是预判分接开关接触不良的关键手段。本文结合检测原理与实际案例，详细说明如何通过红外热像特征判断分接开关接触不良问题。

红外热像检测的基本原理

任何物体只要温度高于绝对零度（-273.15℃），都会向外辐射红外能量，且辐射强度与温度呈正相关。红外热像仪通过光学系统接收物体的红外辐射，经探测器转换为电信号，再处理成灰度或伪彩色图像——温度越高的区域，图像中显示的颜色越偏向红、黄（高温），温度越低则偏向蓝、绿（低温）。

这种技术的核心优势在于“非接触”与“可视化”：无需拆卸设备，就能快速捕捉整个被测区域的温度分布，甚至能识别肉眼难以察觉的微小温度差异（通常热像仪的温度分辨率可达0.1℃）。对于变压器分接开关这类封闭或半封闭部件，红外热像能穿透外壳的非金属部分（如绝缘套管），直接监测内部关键部位的温度。

需要说明的是，红外热像检测的是物体表面的辐射温度，而非内部实际温度，但通过合理的发射率校正（分接开关金属部件的发射率通常取0.8-0.9），可将辐射温度换算为接近实际的表面温度，为故障判断提供可靠依据。

例如，当分接开关触头接触不良时，接触点的电阻增大，电流通过时产生的焦耳热会使表面温度升高，这种温度变化会被热像仪捕捉并以“热点”形式呈现，成为判断故障的直观线索。

变压器分接开关的结构与发热机理

变压器分接开关主要分为无励磁分接开关（停电时调节）和有载分接开关（带电调节）两类，核心结构均包括动静触头、切换机构、绝缘支架等。其中，动静触头的接触状态是影响发热的关键——正常情况下，触头表面光滑、压力充足，接触电阻极小（通常≤100μΩ），运行时产生的热量可通过油循环或传导快速散发。

当触头出现接触不良（如表面氧化、烧蚀、触头压力不足、机械卡涩），接触电阻会急剧增大（可能达到数mΩ甚至更高）。根据焦耳定律Q=I²Rt，电流I不变时，电阻R增大将导致发热量Q呈平方级增加。这些热量无法及时散发，会使触头局部温度升高，形成“热点”。

有载分接开关的发热更需关注：其切换过程中会产生电弧，若灭弧不彻底或触头烧蚀严重，会进一步加剧接触不良。此外，分接开关的接线端子、连接螺栓若松动，也会因接触电阻增大引发发热，这类故障的热像特征与触头不良类似，需结合结构判断。

例如，某有载分接开关因触头弹簧疲劳导致压力下降，接触电阻从80μΩ增至500μΩ，运行时负载电流为600A，发热量从Q1=600²×80×10^-6=28.8W增至Q2=600²×500×10^-6=180W，温度较正常情况高20℃以上，远超安全阈值。

正常分接开关的红外温度特征

要判断分接开关是否异常，首先需明确“正常”的温度基准。正常运行的分接开关，温度分布应满足以下特征：

其一，温度范围合理：无励磁分接开关的温度通常比变压器上层油温高5-10℃（上层油温一般≤85℃），有载分接开关因切换损耗，温度可能比上层油温高10-15℃，但最高不超过95℃（具体需参考设备厂家标准）。

其二，三相温度一致：同一分接位置下，三相分接开关的温度差应≤3K（即3℃）。若某一相温度明显高于其他两相，需重点排查接触不良。

其三，温度分布均匀：热像图中，分接开关的触头、端子等部位应无明显“热点”，温度从中心到边缘呈缓慢递减的梯度（通常每厘米温度下降≤2℃）。例如，正常有载分接开关的切换开关部位，热像图显示为均匀的浅黄色（约75℃），无局部发红或发白区域。

其四，与相邻部件的温度关联合理：分接开关的温度应略高于相邻的绕组端部（绕组温度通常由负载决定），但低于套管接线端子（端子因暴露在空气中，散热快，温度略低）。若分接开关温度远高于绕组或套管，可能存在异常。

例如，某10kV变压器无励磁分接开关，上层油温为70℃，分接开关温度为78℃，三相温差1.2K，热像图显示均匀的浅绿色，符合正常特征。

接触不良的典型红外热像特征

当分接开关存在接触不良时，红外热像图会呈现以下典型特征，可作为判断依据：

1、局部高温点：触头或端子部位出现“点源式”高温，温度较周围区域高10℃以上（如正常部位75℃，热点处88℃）。热像图中该区域呈红色或白色（伪彩色 palette 中，红色≥80℃，白色≥90℃），边界清晰，形状多为圆形或不规则形（与触头形状对应）。例如，某有载分接开关A相触头烧蚀，热像图显示A相触头处有直径约1cm的白色热点，温度达92℃，周围区域为浅黄色（76℃）。

2、温度梯度异常：热点区域向周围的温度下降速率远超正常水平。正常情况下，分接开关温度从中心到边缘每厘米下降≤2℃，若接触不良，热点周围每厘米温度下降可达5℃以上（如热点85℃，1cm外降至70℃）。这种“陡降”梯度是接触不良的典型特征，因局部热量无法快速传导，只能在小范围聚集。

3、三相温差超限：同一分接位置下，某一相温度较其他两相高5K以上（如B相82℃，A、C相75℃）。需注意，负载不均也会导致三相温差，但接触不良的温差通常伴随局部热点，而负载不均的温差是整体升高（如某相负载电流大，整相温度均高）。

4、动态升温异常：当负载电流增加时，热点温度的上升速率远超正常部位。例如，正常分接开关温度随负载从30%增至60%，温度从70℃升至78℃（升8℃）；若接触不良，同一负载变化下，热点温度可能从70℃升至90℃（升20℃），升温速率是正常的2.5倍。

红外检测的关键操作环节

要准确识别分接开关接触不良，检测过程需关注以下关键环节，避免因操作不当导致误判：

1、选择合适的检测时机：分接开关的发热与负载电流密切相关，轻载（负载率<30%）时，即使接触不良，发热量也较小，温度差异不明显。因此，应选择负载率≥30%的时段检测（如用电高峰时段），此时发热特征最显著。例如，某变电站在凌晨2点（负载率15%）检测分接开关，未发现异常；但在下午3点（负载率60%）检测时，发现B相触头温度较正常高18℃。

2、精准选择测点：重点监测分接开关的动静触头（有载分接开关的切换开关室）、接线端子、连接螺栓、绝缘支架与金属部件的结合处。对于有载分接开关，需打开观察窗（若有）或对准分接开关的检修孔，确保热像仪能捕捉到内部关键部位。例如，某有载分接开关的切换开关室位于油箱内部，需通过顶部的红外观察窗检测，才能看到切换触头的温度。

3、环境因素校正：红外检测易受环境影响，需排除日照、风速、雨雪的干扰。日照会使设备表面温度虚高（如阳光直射的分接开关，温度可能比实际高5-10℃），因此应选择阴天、夜间或遮挡阳光后检测；风速过大（>3m/s）会加快散热，降低热点温度，需在风速较小时检测；雨雪天气会导致设备表面潮湿，发射率变化，应避免检测。

4、发射率设置正确：分接开关的金属部件（如铜触头、钢支架）发射率通常为0.8-0.9，非金属部件（如绝缘套管）发射率较低（0.3-0.5）。检测前需根据部件材质调整热像仪的发射率，否则会导致温度测量误差（如将发射率设为0.5，实际发射率为0.8，测量温度会比实际低约15℃）。

5、连续监测与趋势分析：单次检测可能因负载波动导致误判，需连续监测3-5次（间隔1-2小时），观察温度变化趋势。若热点温度随负载增加而持续上升，或在相同负载下温度逐渐升高，可判定为接触不良；若温度随机波动，可能是环境干扰。

与其他检测方法的联动验证

红外热像检测是预判接触不良的有效手段，但需与其他检测方法联动，避免单一方法的误判。常见的联动方法包括：

1、油色谱分析：分接开关接触不良会导致局部过热，使周围变压器油分解，产生H2（氢气）、C2H2（乙炔）、CH4（甲烷）等特征气体。若红外检测发现热点，同时油色谱中H2含量>150ppm或C2H2含量>5ppm（DL/T 722-2014标准），可确认存在过热故障。例如，某变压器红外检测发现分接开关热点，油色谱显示H2=210ppm，C2H2=8ppm，解体后发现触头烧蚀。

2、机械特性测试：接触不良可能由机械故障（如触头压力不足、切换时间过长、卡涩）引起，通过机械特性测试（如测量触头压力、切换时间、行程）可验证故障原因。例如，红外检测发现某有载分接开关温度异常，机械特性测试显示触头压力从标准值250N降至120N，确认是压力不足导致接触不良。

3、直流电阻测试：分接开关的接触电阻可通过直流电阻测试仪直接测量（标准要求三相电阻偏差≤2%）。若红外检测发现热点，同时直流电阻偏差>5%，可确认接触不良。例如，某无励磁分接开关，红外显示A相温度高，直流电阻测试显示A相电阻为120μΩ，B、C相为80μΩ，偏差50%，解体后发现A相触头氧化。

4、可见光图像对比：红外热像需结合可见光图像，确认热点对应的物理位置（如热点是触头还是端子）。例如，某分接开关的热像图显示接线端子处有热点，可见光图像显示该端子的螺栓松动，验证了接触不良的位置。

实际案例分析——从热像异常到故障确认

某110kV变电站#2变压器（有载分接开关，型号：ZY1-110/630），2023年8月红外检测时发现异常，具体过程如下：

1、检测条件：负载率65%，环境温度32℃，风速1.5m/s，阴天。热像仪发射率设为0.85，检测分接开关的切换开关室（通过观察窗）。

2、热像特征：热像图显示B相切换触头处有直径约1.2cm的白色热点，温度达98℃，周围区域温度为75℃，A、C相切换触头温度为73℃、74℃，三相温差24℃（远超≤3K的标准）。

3、联动验证：油色谱分析显示H2=320ppm（标准≤150ppm），C2H2=12ppm（标准≤5ppm）；机械特性测试显示B相触头压力为180N（标准≥250N）；直流电阻测试显示B相电阻为150μΩ（A、C相为80μΩ，偏差87.5%）。

4、解体检查：打开分接开关切换开关室，发现B相动静触头表面有3mm深的烧蚀坑，触头弹簧疲劳变形（弹性系数下降30%），接触电阻增大至1.1mΩ，与红外检测结果一致。

5、处理结果：更换B相触头与弹簧，重新调整触头压力至260N，复测直流电阻为82μΩ，红外检测显示B相温度为75℃，三相温差0.8K，恢复正常。

该案例说明，红外热像的异常特征（局部热点、三相温差大）结合油色谱、机械特性等检测，能精准定位分接开关接触不良的位置与原因，避免故障扩大。

红外检测的注意事项

最后，需强调红外检测分接开关接触不良的注意事项，确保检测的准确性与安全性：

1、检测前准备：确认变压器处于运行状态（不可停电检测，否则无负载电流，无法发热），记录当前负载电流、电压、上层油温；检查热像仪电量与参数设置（发射率、调色板）；穿戴绝缘手套、安全帽等防护装备（避免靠近高压部位）。

2、避免“过度解读”：并非所有热点都是接触不良——分接开关的绝缘支架若老化（如环氧树脂开裂），可能因绝缘下降导致局部放电发热，热像特征为“面状”高温（而非点源），需通过局部放电检测（如超声波）区分；此外，分接开关的油循环不畅（如潜油泵故障）也会导致整体温度升高，需结合油流指示器判断。

3、数据对比的重要性：需将本次检测数据与设备历史数据（如去年同期、上月检测结果）对比，或与同型号、同负载的变压器分接开关数据对比。例如，某变压器分接开关当前温度为85℃，若历史数据中同期温度为72℃，说明温度异常；若同型号变压器分接开关温度为70℃，也可判定异常。

4、及时跟进处理：若红外检测发现异常，需立即通知运维人员，采取降低负载、加强监测等措施；若异常严重（如温度超过95℃或三相温差>10K），需申请停电检修，避免故障扩大。例如，某变压器分接开关温度达105℃，运维人员立即降低负载至20%，并在24小时内停电检修，避免了触头烧蚀引发的火灾。