尹小本

上海大屯能源股份有限公司發(fā)電廠，江蘇 徐州 221611

紅外診斷技術(shù)在電氣設(shè)備管理中的應(yīng)用

尹小本

上海大屯能源股份有限公司發(fā)電廠，江蘇 徐州 221611

在電力系統(tǒng)普及、應(yīng)用和推廣紅外診斷技術(shù)，是電力系統(tǒng)發(fā)展和電力安全、提高供電可靠性和降損節(jié)能的迫切要求。文章闡述了電氣設(shè)備發(fā)熱的原因和熱故障種類，并詳細提出了紅外診斷技術(shù)在實際應(yīng)用中的方法和注意事項。

電氣設(shè)備；熱故障；紅外診斷技術(shù)

electrical equipment; thermal fault; infrared diagnostic techniques

1 概述

電氣設(shè)備在導(dǎo)體連接不良、電場畸變及絕緣薄弱的地方都會產(chǎn)生熱故障，由于發(fā)熱的累積效應(yīng)，使發(fā)熱加重，設(shè)備的導(dǎo)電和絕緣性能逐漸下降，在一定條件下造成接地、短路等故障，并極易導(dǎo)致火災(zāi)事故。由于運行人員不可能近距離對電氣設(shè)備進行觀察，更不能觸摸帶電導(dǎo)體，因此電氣設(shè)備的早期過熱缺陷一般很難發(fā)現(xiàn)。傳統(tǒng)的熱故障診斷辦法在實際使用中存在局限性，只能測整體或個別熱點溫度，容易發(fā)生誤判和漏檢，尤其是早期熱故障不能被發(fā)現(xiàn)。而應(yīng)用紅外診斷技術(shù)，可以十分精確地對設(shè)備整體溫度變化進行測量，方便地找到設(shè)備上發(fā)熱超限或異常部位，且工作效率高。

2 電氣設(shè)備發(fā)熱原因與熱故障分類

電氣設(shè)備在正常運行情況下，將部分電能以不同的損耗形式轉(zhuǎn)化為熱能，從而使設(shè)備溫度升高。這些電能的損耗主要包括：電阻損耗（電流效應(yīng)引起的發(fā)熱）、介質(zhì)損耗（電壓效應(yīng)引起的發(fā)熱）和鐵損（電磁效應(yīng)引起的發(fā)熱）。這些發(fā)熱是不可避免的，在設(shè)計、制造等環(huán)節(jié)中已經(jīng)考慮設(shè)備運行時允許的溫度升高。但在運行過程中，由于受到大電流、高電壓的沖擊，環(huán)境污染、氣溫變化等不利因素的影響，在設(shè)備的外部或內(nèi)部的某些薄弱部位往往出現(xiàn)不正常的發(fā)熱或溫度分布異常，并發(fā)展成熱故障。

通常發(fā)熱分外部、內(nèi)部致熱兩類：外部致熱大多數(shù)是因電氣接頭長期暴露在大氣中，金屬導(dǎo)體表面受電化學(xué)腐蝕及因熱脹冷縮接觸面壓力減小使導(dǎo)體連接部位接觸不良，形成較大的接觸電阻，其發(fā)熱功率取決于接觸電阻與通過的電流；少數(shù)是因表面污穢或機械力作用造成外絕緣性能下降，其發(fā)熱功率取決于外絕緣的絕緣電阻與泄漏電流。內(nèi)部熱故障主要發(fā)生在導(dǎo)電回路和絕緣介質(zhì)上，其內(nèi)部發(fā)熱機理因設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)的不同而異，一般可概括為：導(dǎo)體連接或接觸不良、介質(zhì)損耗增大、電壓（場）分布不均勻或泄漏電流過大、因絕緣老化、受潮、缺油等產(chǎn)生局部放電、磁回路不正常等。

3 電氣設(shè)備熱故障的識別

3.1 外部熱故障的判斷

外部熱故障的致熱部位是裸露的，可用熱像儀直接測溫，如圖1所示。其測量值與實際的溫度值差別不大，一般可根據(jù)測得的溫度值或溫升值，按照GB/T 11022-1999《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備共同技術(shù)要求》規(guī)定的溫度和溫升極限，以及DL/T 664-1999《帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則》中的相對溫差判斷法來判斷缺陷的嚴重程度。

表1 外部熱故障檢測標(biāo)準(zhǔn)（熱點與最低溫度點溫差） 單位℃

圖1 熱像儀測外部熱故障

3.2 內(nèi)部熱故障的判斷

內(nèi)部熱故障也可用熱像儀測溫，如圖2所示。與外部熱故障不同的是，內(nèi)部熱故障由于其致熱部位被封閉，小部分熱量可能通過導(dǎo)體傳遞到外部，大部分要通過空氣、油、SF6或絕緣紙等介質(zhì)，再通過金屬箱體或瓷套傳到其表面，所以其測量值與實際的溫度值差別一般較大。由于設(shè)備本身結(jié)構(gòu)和致熱因素比外部熱故障要復(fù)雜些，對此類故障的判斷分析也顯得困難些。應(yīng)根據(jù)DL/T 664-1999導(dǎo)則中的同類比較法和熱譜圖比較法來判斷，不宜按GB/T 11022-1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度和溫升限值或DL/T 664-1999導(dǎo)則中的相對溫差判斷法來判斷。如對于變壓器高壓充油套管的發(fā)熱問題，致熱部位有外部接頭處、將軍帽內(nèi)部導(dǎo)電桿與螺母的連接處、導(dǎo)電桿與過渡引線的連接處、過渡引線與線圈的連接處等，判斷時應(yīng)首先確認是內(nèi)部還是外部發(fā)熱，如是內(nèi)部發(fā)熱，根據(jù)套管的熱譜圖，仔細分析致熱部位是在將軍帽內(nèi)還是套管下部引線。一般內(nèi)、外部接頭的高溫過熱都會影響到套管表面溫度的變化，通過熱譜圖分析是可以確認致熱源的。只要確認是內(nèi)部缺陷，必須盡快停電檢查處理。

圖2 熱像儀測內(nèi)部熱故障

通過對實測的207例熱故障統(tǒng)計分析，大多數(shù)屬于外部熱故障，最突出的是室外鋁質(zhì)導(dǎo)體連接部位、高壓隔離閘刀斷口、設(shè)備與母線連接部位，銅鋁導(dǎo)體連接部位最容易生產(chǎn)熱故障，占到82.6%，內(nèi)部致熱僅發(fā)現(xiàn)12例。在供電行業(yè)故障統(tǒng)計中，內(nèi)部發(fā)熱比例很少，這也說明我國電氣設(shè)備質(zhì)量在不斷提高。

4 電氣設(shè)備熱故障的早期發(fā)現(xiàn)

現(xiàn)行的電氣設(shè)備預(yù)防性試驗、檢修制度，方法簡單易行，但存在不夠全面、容易發(fā)生誤報等缺點。趨勢預(yù)測法根據(jù)設(shè)備特征量和特性參數(shù)隨時間變化趨勢來判斷設(shè)備狀態(tài)。研究表明，用趨勢預(yù)測法能夠及時發(fā)現(xiàn)早期熱故障，主要方法和步驟如下：

1）按設(shè)備運行周期排查。通常把設(shè)備運行周期分為初期、穩(wěn)定期和劣化期三個階段，其狀態(tài)簡單分為正常、異常、故障、事故四種。⑴初期階段：故障率高。原因是設(shè)備制造、安裝和調(diào)試存在問題會暴露，相關(guān)人員對設(shè)備的操作和維護需要有一個適應(yīng)的過程。⑵穩(wěn)定期：故障低。原因是上述問題已解決，會出現(xiàn)突發(fā)性故障。⑶劣化期：設(shè)備逐漸老化，故障率開始上升。

2） 合理選取診斷參數(shù)，運行年限、負荷電流、導(dǎo)體材質(zhì)等對可能發(fā)生熱故障的條件預(yù)先排查摸底。電氣設(shè)備一般在運行初期和將到使用年限（電氣設(shè)備的使用年限一般為20～30年）時，最容易發(fā)生故障。原因是設(shè)備剛投運，必然會暴露出制造、安裝和調(diào)試中的遺留問題，設(shè)備運行多年因老化性能下降，出問題的概率就高，因此對這些設(shè)備的檢測必須認真、細致，同時要知道設(shè)備構(gòu)造，知道哪些部位容量產(chǎn)生熱故障，將測量結(jié)果與原始資料對比，通過綜合分析，找到熱故障的起因。

3）選擇性能優(yōu)良的檢測設(shè)備和適宜的檢測時機。對于電壓致熱設(shè)備而言，如當(dāng)電壓互感器整體溫升超過2～5℃時，避雷器整體溫升1～2℃時，就表明設(shè)備存在問題需要處理。如測量儀器性能不高，誤差大，就發(fā)現(xiàn)不了安全隱患。同時還需選擇對儀器干擾最小的天氣和設(shè)備最可能暴露缺陷的時段測量。因為天氣對紅外成像測量影響很大，太陽光的直射會使被測溫度偏高，光的反射和漫射和紅外波相近，形成干擾，風(fēng)速過快使散熱加快，溫度偏低，同時空氣中的粉塵、濕度都對紅外線干擾，因而須選擇在早晨或晚上無風(fēng)晴朗的天氣，同時還要考慮在上述條件下的什么時間設(shè)備所帶負荷最大，至少負荷是在不小于30%的情況下進行測量。如負荷很低，一般早期的熱故障在小電流時是檢測不到的。

4 )正確解讀檢測數(shù)量。一般用相對溫差法和同類比較相結(jié)合的辦法來判斷是否存在早期缺陷。原因是采用測量同類設(shè)備（特別是同一間隔的同類設(shè)備）的對應(yīng)點相對溫差值的方法，可排除某些相同因素對測量結(jié)果的影響，如負荷電流、風(fēng)速、大氣溫度、相對濕度、測量距離、發(fā)射率選擇等對測量結(jié)果的影響，這對現(xiàn)場檢測時診斷設(shè)備的狀況極為有用。

5 )從嚴定性充油和封閉設(shè)備熱故障。因為充油或充SF6的電流互感器、套管接頭的異常發(fā)熱，特別是高溫過熱，可能造成的后果是：一方面會導(dǎo)致密封的破壞，出現(xiàn)漏油、漏氣，甚至進水受潮，危及主絕緣的安全；另一方面會導(dǎo)致電流互感器和套管等的內(nèi)部壓力增大，嚴重時出現(xiàn)爆炸。我公司某廠內(nèi)的一臺主變壓器因6KV樁頭發(fā)熱使密封件開裂，變壓器油從樁頭處滲漏，當(dāng)發(fā)熱樁頭受大電流沖擊時產(chǎn)生高溫（或電?。┮甲儔浩饔?，幸而因撲救及時才沒有造成多大損失。從現(xiàn)有的技術(shù)條件分析，發(fā)現(xiàn)充油和封閉設(shè)備的熱故障是一個難點，除了用紅外成像儀觀察外，還需采用溫度在線監(jiān)測技術(shù)，否則很難在第一時間發(fā)現(xiàn)熱故障。

5 電氣設(shè)備熱故障的檢測周期

檢測周期應(yīng)根據(jù)電氣設(shè)備的重要性、電壓等級、負荷率、運行歷史、環(huán)境條件等具體情況確定。實踐證明，按以下周期對電氣設(shè)備進行檢測較為適宜：

⑴變配電設(shè)備每年在系統(tǒng)負荷高峰期進行兩次紅外診斷普查。

⑵對35KV及以上線路至少每年全面到位的紅外診斷普查一次。

⑶對重要的樞紐變電站、過負荷運行的設(shè)備、超期運行陳舊的設(shè)備，在普查的基礎(chǔ)上適當(dāng)縮短檢測周期。

⑷大修后及新投運的電氣設(shè)備，應(yīng)在24小時內(nèi)進行一次紅外檢測，作為長期運行的資料。

6 結(jié)束語

紅外診斷技術(shù)對電氣設(shè)備的安全運行是一種十分有效和必要的檢測手段，通過紅外檢測能準(zhǔn)確判斷運行設(shè)備的某些發(fā)熱故障，做到防患于未然，有效地減少設(shè)備事故、降低維護費用，提高用電可靠性。

[1]DL/T 664-1999.帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則[S]

[2]關(guān)志成，等．絕緣子及輸變電設(shè)備外絕緣[M]．北京：清華大學(xué)出版社.2006

The Application of Infrared Diagnostic Technique in Management of Electrical Equipment

Yin Xiaoben
Shanghai Datun Energy Co. power plant, Jiangsu Xuzhou 221611

Application and promotion of infrared diagnostic techniques in power system is urgent requirements of development of power system and power security, improvement of power supply reliability, and of energy conservation. In this paper, causes heat and thermal fault type of electrical equipment is introduced, and Infrared diagnostic techniques in the practical application of methods and precautions is presented in detail.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.085

尹小本：出生年1973、男、籍貫：安徽壽縣、現(xiàn)供職單位：上海大屯能源股份有限公司發(fā)電廠供電技術(shù)科、職稱：工程師、研究方向：供電一次設(shè)備管理。