胡偉濤 韓建波 杜衛(wèi)紅 劉建松 祝曉輝 閆佳文

【摘要】結(jié)合實(shí)際工作論述了紅外檢測(cè)技術(shù)在輸變電設(shè)備故障診斷中的具體應(yīng)用，對(duì)變電站設(shè)備及線路設(shè)備紅外檢測(cè)的原理、影響因素及分析方法分別進(jìn)行了論述。

【關(guān)鍵詞】紅外檢測(cè);故障分析;電氣設(shè)備

1.引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)電力需求日趨增長(zhǎng)，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定持續(xù)的運(yùn)行，是一項(xiàng)十分嚴(yán)峻的任務(wù)。據(jù)相關(guān)報(bào)告統(tǒng)計(jì)分析，近年來(lái)發(fā)生的變電設(shè)備事故中，由于設(shè)備發(fā)熱缺陷處理不及時(shí)，引發(fā)的事故有增長(zhǎng)的趨勢(shì)。目前對(duì)電力設(shè)備實(shí)施的狀態(tài)檢修，是根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)制定檢修策略，而對(duì)設(shè)備的檢修周期相對(duì)定期進(jìn)行絕緣預(yù)防性試驗(yàn)有所延長(zhǎng)，只依據(jù)前次試驗(yàn)數(shù)據(jù)和運(yùn)行人員的巡視，不能準(zhǔn)確及時(shí)掌握設(shè)備的健康狀況，因此，帶電測(cè)試方法在設(shè)備狀態(tài)檢修中占有重要的地位。其中通過(guò)對(duì)電力設(shè)備表面溫度及其分布的監(jiān)測(cè)，是目前技術(shù)成熟，行之有效的帶電測(cè)試診斷方法。

紅外熱成像系統(tǒng)正是接收物體表面的紅外輻射信號(hào)，得到與景物表面熱分布相對(duì)應(yīng)的“實(shí)時(shí)熱圖像”，該熱圖像是反映物體自身狀態(tài)的重要信息。在電力系統(tǒng)中，從鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)、熱力管道、封閉母線，到變電站內(nèi)的開(kāi)關(guān)、刀閘、PT，CT，變壓器、避雷器、套管、耦合電容器等等各種設(shè)備，因?yàn)椴馁|(zhì)、工藝、安裝、以及受潮、放電、老化等存在著各種故障隱患，利用紅外熱像儀進(jìn)行帶電測(cè)試，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的發(fā)熱缺陷，為變電設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的科學(xué)依據(jù)，從而有效地減少盲目檢修時(shí)間，提高了檢修效率。

2.電流致熱缺陷原因及分析

作者經(jīng)過(guò)近20年的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。結(jié)合變電設(shè)備典型發(fā)熱缺陷介紹如下：

2.1 隔離開(kāi)關(guān)類缺陷

圖1 某35kV刀閘B相動(dòng)觸頭

圖2 某35kV刀閘A相動(dòng)觸頭

引起發(fā)熱的主要原因：廠家制造工藝不良，觸指拉簧壓力不夠，接觸面未除凈氧化層。

圖3 某220kV刀閘A相靜觸頭（111.96℃）

引起發(fā)熱的主要原因：剪刀式刀閘動(dòng)觸頭夾緊力不夠，動(dòng)靜觸頭結(jié)合處有氧化層，刀閘導(dǎo)電回路電阻超標(biāo)引起發(fā)熱。

圖4 某35kV刀閘C相接線端子發(fā)熱（136.79℃）

引起發(fā)熱的主要原因：緊固螺絲力矩沒(méi)有達(dá)到工藝要求，廠家施工工藝不良，現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝不良，造成接觸面電阻超標(biāo)，引起接觸面發(fā)熱。

隔離刀閘常見(jiàn)的熱缺陷是觸頭部位及導(dǎo)線的引流線夾接觸不良引起的。通過(guò)多次的缺陷發(fā)現(xiàn)及排除總結(jié)出隔離開(kāi)關(guān)缺陷多集中于動(dòng)靜觸頭和接線端子的原因在于：

1）隔離開(kāi)關(guān)接線端與導(dǎo)線端連接處于長(zhǎng)期裸露在大氣中運(yùn)行，極易受到水蒸氣、腐蝕性灰塵等的侵蝕與影響，在連接件的接觸面上形成氧化膜，因而使連接處的電阻增加，造成接觸不良而發(fā)熱。

2）導(dǎo)線在風(fēng)力下，或因負(fù)荷變化引起連接件周期性熱脹冷縮，造成連接螺絲松動(dòng)，減小連接件接觸面積，增大接觸處的導(dǎo)電回路電阻。

3）安裝工藝不符合要求，例如恢復(fù)連接時(shí)未加彈簧墊圈或接觸面污穢未清除干凈等。諸如此類，都會(huì)促使隔離開(kāi)關(guān)接觸電阻增大而引起發(fā)熱。

4）廠家質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，將質(zhì)量不合格的零部件組裝在產(chǎn)品上，并交付客戶使用。

2.2 母線類缺陷

圖5 某主變35kV母線橋抱箍（262.64℃）

圖6 某220kV刀閘動(dòng)靜觸頭（144.17℃）

引起發(fā)熱的主要原因：圖5抱箍工藝不良，抱箍表面不平，抱箍壓緊的平墊與表面有一定的間隙，產(chǎn)生渦流，電流越大，溫度越高，停電后檢查發(fā)現(xiàn)螺絲明顯松動(dòng)。圖6鋁導(dǎo)線軟連接部的接觸表面未除凈氧化層及其它污垢，緊固螺絲力矩達(dá)不到要求，處理后進(jìn)行直流電阻測(cè)試，試驗(yàn)合格，缺陷消除。

2.3 主變風(fēng)冷控制箱類缺陷

圖7 某主變風(fēng)冷控制箱

圖8 某站低壓室刀閘

引起發(fā)熱的主要原因：導(dǎo)線壓力不夠，接觸面小、壓力不夠，清潔表面緊固螺絲后缺陷消除。

3.電壓致熱缺陷原因及分析

3.1 某500kV變電站某220kV線路B相CVT油箱過(guò)熱原因分析

圖9 某220kV線路B相CVT油箱過(guò)熱

專業(yè)技術(shù)人員對(duì)保北站進(jìn)行紅外線測(cè)溫工作室，發(fā)現(xiàn)某220kV出線間隔B相電容式電壓互感器溫度（29.13℃）較其他間隔偏高，并且電容式電壓互感器儲(chǔ)油柜溫度為上高下低，屬于內(nèi)部發(fā)熱缺陷，可能為絕緣故障、中間PT故障或缺油，保護(hù)班測(cè)量PT端子箱內(nèi)發(fā)現(xiàn)ax無(wú)輸出電壓，afxf電壓為4V，初步診斷為電容式電壓互感器內(nèi)部有短路或線圈匝間絕緣損壞現(xiàn)象。

通過(guò)對(duì)CVT的試驗(yàn)和解體檢查結(jié)果表明，事故原因主要是由于絕緣性能的降低，而制造工藝不過(guò)關(guān)和運(yùn)輸工程的顛簸都可能致使絕緣降低。

3.2 某變電站35kV CVTB相油箱過(guò)熱原因分析

某變電站運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)0號(hào)站變B相CVT二次監(jiān)視電壓大幅下降，后對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡視，從CVT油箱觀測(cè)孔中發(fā)現(xiàn)變壓器油呈現(xiàn)黃褐色且渾濁，另兩相正常變壓器油澄清透明。對(duì)該CVT進(jìn)行紅外測(cè)溫，B相油箱溫度較A、C兩相溫升10℃，初步認(rèn)定為電磁單元發(fā)生故障。此電容式電壓互感器退出運(yùn)行，解體后測(cè)試電容單元試驗(yàn)合格，B相二次回路完好，儲(chǔ)油柜內(nèi)的油中懸浮大量絮狀絕緣介質(zhì)，PT單元被完全燒毀，該CVT一次繞組側(cè)沒(méi)有并聯(lián)避雷器，懷疑是由于過(guò)電壓引起PT單元與中壓電容發(fā)生諧振，產(chǎn)生的過(guò)電壓施加在一次線圈上，將繞組擊穿是造成二次電壓降低的主要原因，而此時(shí)的速飽和阻尼器并沒(méi)有起到防止發(fā)生鐵磁諧振的作用。

圖10 某站35kVCVT紅外圖譜

3.3 某變電站35kVCVTC相油箱過(guò)熱原因分析

通過(guò)解體檢查及事故現(xiàn)象分析，造成此次事故的主要原因：操作過(guò)電壓引起PT單元內(nèi)部鐵磁振蕩，由于諧振在一次繞組的高壓端形成一個(gè)高電壓，致使并聯(lián)在一次繞組的避雷器被擊穿。而PT單元的速飽和阻尼器此時(shí)并沒(méi)有發(fā)揮其阻尼作用，原因?yàn)閺S家在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)出現(xiàn)了一定的偏差，另外，避雷器也沒(méi)有起到保護(hù)作用，在發(fā)生較高的過(guò)電壓時(shí)，閥片沒(méi)有動(dòng)作，而是直接發(fā)生沿面放電，并且將閥片表面燒損擊穿，建議廠家對(duì)阻尼器的設(shè)計(jì)重新計(jì)算，檢查其匹配問(wèn)題，并且對(duì)外廠供貨的避雷器進(jìn)行試驗(yàn)，采用合格的產(chǎn)品，起到保護(hù)作用。

圖11 某站35kVCVT紅外圖譜

由于該電容式電壓互感器在帶病運(yùn)行數(shù)小時(shí)后，儲(chǔ)油柜溫度高于其他兩相10℃左右，說(shuō)明在避雷器被燒壞擊穿后，PT單元仍然存在一個(gè)較大的振蕩電流，而且一直持續(xù)，否則溫度不會(huì)持續(xù)發(fā)熱，由于二次線圈并沒(méi)有發(fā)生短路現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)也沒(méi)有測(cè)量二次電流，所以發(fā)熱的真正原因現(xiàn)在還不太清楚。

4.小結(jié)

紅外診斷技術(shù)是一項(xiàng)有效、重要的帶電檢測(cè)試驗(yàn)方法，具有非接觸、直觀、準(zhǔn)確、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，但其測(cè)得的溫度值受到設(shè)備表面發(fā)射率、大氣衰減、氣象條件等諸多因素的影響，這方面需要進(jìn)一步深入研究。

由于電力設(shè)備的多樣性，經(jīng)過(guò)實(shí)踐，對(duì)斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的接頭發(fā)熱等應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)檢查，雖然紅外成像測(cè)溫能對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)帶電檢測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)常規(guī)試驗(yàn)手段所不能發(fā)現(xiàn)的設(shè)備缺陷。但是目前紅外成像檢測(cè)技術(shù)的水平，還不能對(duì)所有設(shè)備的內(nèi)部故障做出準(zhǔn)確的判斷。因此對(duì)于內(nèi)部故障的檢測(cè)應(yīng)將其他帶電檢測(cè)、在線監(jiān)測(cè)、停電試驗(yàn)和紅外成像檢測(cè)手段有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，才能互補(bǔ)，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

作者簡(jiǎn)介：胡偉濤（1977—），男，碩士，電氣試驗(yàn)技師，從事電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷、電氣試驗(yàn)等工作。