郭興科 孫偉紅 郭碧翔 阜陽供電公司，236017

紅外檢測技術(shù)在電力設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

郭興科 孫偉紅 郭碧翔 阜陽供電公司，236017

目前，紅外檢測技術(shù)在我國電力系統(tǒng)中已得到比較廣泛的應(yīng)用，并取得了顯著的效果，為設(shè)備的在線檢測和故障診斷提供了依據(jù)，有效地預(yù)防了一些事故的發(fā)生，大大提高了設(shè)備運行的可靠性。本文從紅外檢測的技術(shù)特點談起，結(jié)合在我單位的實際應(yīng)用，重點介紹了紅外檢測技術(shù)在電力設(shè)備故障診斷中的一些具體應(yīng)用。

紅外檢測；電力設(shè)備；診斷

引言

隨著用電需求的日益增長，變電設(shè)備的負荷不斷創(chuàng)新高，同時設(shè)備熱缺陷引起的故障及事故也不斷涌現(xiàn)，造成經(jīng)濟損失越來越大。為及時有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備的熱缺陷，保障輸變電系統(tǒng)的高效連續(xù)運行，本文采用紅外成像作為供電設(shè)備的故障診斷技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備故障在線診斷。

1.電力設(shè)備故障診斷原理

1.1 電力設(shè)備故障及主要機理

電氣設(shè)備在工作的時候，由于電流、電壓的作用，將產(chǎn)生以下4種主要來源的發(fā)熱。

1.1.1 電阻損耗增大故障

金屬導(dǎo)體在電力系統(tǒng)導(dǎo)電回路中都存在一定的電阻，當有負荷電流通過時，有一部分電能按Joule-Lenz定律以熱損耗的形式消耗掉。電阻產(chǎn)生的發(fā)熱功率為：

P=KfI2R

式中P為熱功率（W）；Kf為附加損耗系數(shù)；I為通過的負荷電流（A）；R為載流導(dǎo)體的直流電阻值（Ω）。

對于電阻損耗增大故障而言,發(fā)熱功率與負荷電流平方成正比，與系統(tǒng)運行電壓無關(guān)，這種故障發(fā)熱為電流效應(yīng)引起的發(fā)熱。

1.1.2 介質(zhì)損耗發(fā)熱

電氣絕緣介質(zhì)由于交變電場的作用，使介質(zhì)極化方向不斷改變而消耗電能并引起發(fā)熱。由此產(chǎn)生的發(fā)熱功率為：

P ＝ U2ω Ctg δ

式中U——施加的電壓；ω——交變電壓角頻率；C——介質(zhì)的等值電容；tg δ——介質(zhì)損耗角正切值。這種發(fā)熱為電壓效應(yīng)引起的發(fā)熱。

1.1.3 鐵損增大故障

當在勵磁回路上施加工作電壓時，由于鐵芯的磁滯、渦流而產(chǎn)生電能損耗并引起發(fā)熱。

1.1.4 電流分布異常和泄露電流增大故障

在正常運行狀態(tài)下，存在一定的電壓分布和泄漏電流的主要設(shè)備如避雷器和輸電線路絕緣子等高壓電氣設(shè)備。一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，它們的分布電壓Ud和泄漏電流Ig的大小將會改變，從而導(dǎo)致設(shè)備表面溫度場分布異常。

1.2 電氣設(shè)備的熱故障

電氣設(shè)備的故障按紅外診斷可分為外部故障和內(nèi)部故障。

1.2.1 電氣設(shè)備的外部故障

1.2.1.1 電氣設(shè)備的外部接頭接觸不良引起的如長期暴露在大氣中的各種電氣引流的裸露接頭，包括高壓設(shè)備或線路中的連接件等因壓接不良等常常引起過熱故障，如斷路器，線夾，套管等。

1.2.1.2 絕緣強度降低引起的如由于表面污穢或機械力作用引起絕緣性能降低造成的過熱故障。如絕緣子裂紋、劣化或嚴重污穢，引起泄漏電流增大而發(fā)熱。

電力設(shè)備的這類缺陷若不能及時發(fā)現(xiàn)和處理，將可能會造成斷線、局部燒毀，甚至發(fā)展成惡性設(shè)備事故，外部缺陷數(shù)量上占電力設(shè)備熱缺陷的大部分。

1.2.2 電氣設(shè)備的內(nèi)部故障

這是指封閉在固體絕緣、油絕緣以及設(shè)備殼體內(nèi)部的電氣回路故障和絕緣介質(zhì)劣化引起的故障。由于這類內(nèi)部熱缺陷，其故障點密封在絕緣材料或金屬外殼內(nèi)，由于紅外線的穿透能力較弱，紅外輻射基本上不能穿透絕緣材料和設(shè)備外殼，所以無法直接用紅外熱成像裝置檢測內(nèi)部熱缺陷。但是內(nèi)部熱缺陷一般都發(fā)熱時間長而且比較穩(wěn)定。故障點的熱量可以通過熱傳導(dǎo)和對流轉(zhuǎn)換，與故障點周圍的導(dǎo)體或絕緣材料發(fā)生熱量傳遞，引起這些部位的溫度升高，特別是與之有電氣連接的導(dǎo)體也是傳熱的良導(dǎo)體，會有顯著的溫升。

1.3 紅外診斷的原理

紅外在線測溫系統(tǒng)系統(tǒng)，是將高精度的室外固定式紅外成像儀置于可控制高精度數(shù)字電動萬向云臺，根據(jù)變電站實際位置和紅外測溫儀的有效測溫距離安裝在變電站設(shè)備構(gòu)架上。通過軟件控制系統(tǒng)可以手動調(diào)整監(jiān)測角度或聚焦設(shè)備的具體部位，或者通過對監(jiān)測平臺參數(shù)的設(shè)定，自動對預(yù)設(shè)點進行自動巡航監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)及紅外圖像自動進行保存，通過軟件可自動形成數(shù)據(jù)報表輸出。通過設(shè)定溫度報警界線，系統(tǒng)會對超溫設(shè)備進行聲音報警，提醒監(jiān)測人員及時查看報警記錄，從而實現(xiàn)對室外變電一次設(shè)備運行溫度的紅外在線監(jiān)測。從生產(chǎn)SCADA系統(tǒng)中調(diào)入設(shè)備負荷數(shù)據(jù)，結(jié)合環(huán)境溫度變化情況，綜合分析設(shè)備缺陷性質(zhì)，預(yù)測缺陷發(fā)展趨勢。

2.紅外檢測技術(shù)在阜陽供電公司的應(yīng)用

近幾年來，我公司34座變電站利用紅外檢測技術(shù)進行絕緣檢測，發(fā)現(xiàn)了大量的電氣設(shè)備電流類致熱和電壓類致熱缺陷，主要的電氣設(shè)備缺陷類型有：隔離開關(guān)接頭和頂帽發(fā)熱、多油斷路器油箱內(nèi)部發(fā)熱、耦合電容器整體和末屏發(fā)熱、少油斷路器缺油、支柱絕緣子污穢、變壓器和電抗器高壓套管內(nèi)連接發(fā)熱、高壓電纜接頭發(fā)熱等。

2008年11月6日，通過變電站室外紅外在線測溫系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)220k V阜陽變電站220kV母聯(lián)27001閘刀與220kVⅠ段母線A相T型線夾存在異常發(fā)熱缺陷，溫度達到53.8℃，屬于一般性發(fā)熱缺陷。為了跟蹤該部位缺陷發(fā)展趨勢，我們利用阜陽變室外紅外在線監(jiān)測系統(tǒng)對該發(fā)熱點實行24小時在線監(jiān)測，時刻關(guān)注缺陷發(fā)展趨勢。我們將該發(fā)熱點在監(jiān)測系統(tǒng)中設(shè)置為“預(yù)置位”，每天根據(jù)負荷變化趨勢選取三個時段對該點進行實時自動跟蹤監(jiān)測，實時掌握缺陷變化情況。在2009年1元月2日0：26分節(jié)日放假期間，紅外在線測溫系統(tǒng)在自動巡航過程中發(fā)現(xiàn)該缺陷部位溫度達到111.7℃（圖1），已經(jīng)發(fā)展為危及缺陷，監(jiān)測系統(tǒng)進行了自動報警，并截取紅外圖像。節(jié)日值班監(jiān)測人員及時將該情況向公司生產(chǎn)技術(shù)部進行了匯報，經(jīng)過對現(xiàn)場運行方式的及時調(diào)整，使該點溫度恢復(fù)正常值。2009年2月12日，根據(jù)省公司檢修計劃，線路工區(qū)帶電班對該處進行了處理，處理后該部位運行溫度恢復(fù)正常。

3.經(jīng)驗與體會

3.1 紅外在線測溫系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，主要目的是提高輸變電設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測水平，為狀態(tài)檢修工作提供可靠的技術(shù)支持，并可以有效解決人工紅外測溫工作中所遇到的設(shè)備多工作量大、變電站偏遠等問題，為企業(yè)節(jié)約人力、物力。

3.2 該測溫系統(tǒng)主要應(yīng)用于變電站室外一次輸變電設(shè)備的在線測溫工作，不僅可以在第一時間發(fā)現(xiàn)設(shè)備的過熱性故障，并且可以對缺陷部位進行跟蹤監(jiān)測，時刻掌握缺陷的發(fā)展趨勢。

圖1 220kV母聯(lián)27001閘刀與220kVⅠ段母線A相T型線夾異常發(fā)熱缺陷

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

[2]周茵.紅外測溫技術(shù)的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)裝備，2003，31(6)：-69-72，84

[3]崔炳哲.電機測試技術(shù)[M].北京；中國社會科學(xué)出版社，2004

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.23.056