趙巍

(國網(wǎng)山西省電力公司陽泉供電公司,山西陽泉 045000)

紅外技術(shù)在電力設(shè)備故障診斷與檢修中的應(yīng)用分析

趙巍

(國網(wǎng)山西省電力公司陽泉供電公司,山西陽泉 045000)

電力設(shè)備的正常工作是確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。為了確保電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定的運(yùn)行,必須定期對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行檢修,及時(shí)排除設(shè)備出現(xiàn)的各種故障。本文論述了電力設(shè)備各種故障在紅外線下的表象特征以及紅外檢測(cè)診斷電氣設(shè)備故障的因素,并對(duì) 紅外技術(shù)的應(yīng)用中出現(xiàn)的問題做簡要的分析。

紅外技術(shù) 電力設(shè)備 故障診斷 應(yīng)用分析

1 紅外診斷技術(shù)在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用

紅外技術(shù)是研究紅外輻射的產(chǎn)生、傳遞、轉(zhuǎn)換、探測(cè)和應(yīng)用的一門技術(shù)。紅外技術(shù)在電力生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。為了使電力設(shè)備能夠正常的運(yùn)行，改變?cè)须娏υO(shè)備的固定修建模式，應(yīng)用紅外技術(shù)技對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢修成為一種趨勢(shì)。隨著新工藝和新技術(shù)的普遍采用，紅外測(cè)溫技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備出現(xiàn)的故障，為設(shè)備狀態(tài)檢修提供準(zhǔn)確的信息。紅外診斷技術(shù)可以在電力設(shè)備正常運(yùn)行的狀態(tài)下，通過紅外溫度掃描成像的方式進(jìn)行遠(yuǎn)距離在線診斷，這種技術(shù)能夠更加有效的檢測(cè)出與運(yùn)行電壓、負(fù)荷電流有關(guān)的設(shè)備缺陷。電力電氣設(shè)備由于故障的原因會(huì)引起設(shè)備運(yùn)行溫度的異常變化，由此可根據(jù)設(shè)備溫度的變化來測(cè)定設(shè)備故障，而紅外測(cè)溫技術(shù)為測(cè)量設(shè)備異常溫度提供了先進(jìn)的方法，在電力行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

1.1 紅外測(cè)溫診斷與傳統(tǒng)停電預(yù)防性試驗(yàn)的區(qū)別

電力生產(chǎn)具有連續(xù)性的特點(diǎn)，突發(fā)性和頻發(fā)性是設(shè)備出現(xiàn)故障的表現(xiàn)。停電進(jìn)行檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)必然會(huì)生產(chǎn)和生活帶來許多不便。而紅外測(cè)溫診斷技術(shù)不需要停電就可以對(duì)內(nèi)部熱故障進(jìn)行診斷。紅外診斷要對(duì)高壓運(yùn)行設(shè)備的溫度場(chǎng)分析和熱像圖譜的研究，主要掌握各種設(shè)備運(yùn)行中的熱像圖譜。各種設(shè)備的熱像與電阻、電流和電壓分析有關(guān)，還受到附近磁場(chǎng)影響。由于紅外線不能穿透高壓絕緣和金屬外殼，只能通過電氣設(shè)備上的溫度分布來分析判斷。

1.2 紅外測(cè)溫診斷技術(shù)的特點(diǎn)

(1)無損檢測(cè)。紅外監(jiān)測(cè)探測(cè)設(shè)備和相關(guān)部位發(fā)熱的紅外輻射能量無需輔助信號(hào)源和裝置，不會(huì)對(duì)檢測(cè)的設(shè)備造成損害，即無損檢測(cè)。(2)不接觸、不停電、不解體。對(duì)異常紅外輻射和異常溫度場(chǎng)來對(duì)運(yùn)行狀態(tài)下的設(shè)備進(jìn)行故障檢測(cè)，做到不停電、不影響正常運(yùn)行，保持設(shè)備的安全性。(3)紅外診斷使用廣泛，效益比較高。紅外診斷技術(shù)在發(fā)電廠、變電站和配電站等電氣設(shè)備中廣泛應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)快速、靈敏和直觀設(shè)備檢測(cè)，檢測(cè)效率高。(4)通過計(jì)算機(jī)分析實(shí)現(xiàn)智能化。紅外成像診斷儀配備微機(jī)圖像分析系統(tǒng)和各種軟件可以對(duì)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行分析，可根據(jù)紅外圖像形成的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，判斷設(shè)備故障屬性、故障部位和嚴(yán)重程度。

2 紅外診斷技術(shù)監(jiān)測(cè)故障的類型

(1)設(shè)備的外部熱故障。設(shè)備的外部熱故障是指可以采用紅外熱像儀對(duì)裸露在外部的設(shè)備直接觀測(cè)其表面熱分布狀態(tài)，并迅速確定其位置。其產(chǎn)生的主要原因是設(shè)備部件接觸面不平整或者接觸面的質(zhì)量引起的。

(2)設(shè)備的內(nèi)部熱故障。電力設(shè)備內(nèi)部由于故障發(fā)熱，無法用熱像儀直接觀察，確定故障的具體位置只能通過表面的熱分布圖進(jìn)行分析和判斷。形成設(shè)備內(nèi)部熱故障發(fā)熱原因有設(shè)備內(nèi)部接觸不良，存在著漏電和內(nèi)部絕緣老化等現(xiàn)象。

3 高壓電氣設(shè)備過熱故障的紅外診斷

3.1 高壓套管故障的紅外診斷

3.1.1 內(nèi)外接頭故障的紅外診斷

對(duì)于與設(shè)備連接的套管外部接頭，因裸露在大氣中的外部故障，所以它的熱像特征是以連接頭為中心的熱像圖。對(duì)于110kV及以上電壓等級(jí)的變壓器套管，穿纜引線接頭故障發(fā)熱一般通過接線鼻子傳到將軍帽上，因此其熱像特征是以將軍帽帽端為中心的熱像圖。對(duì)于35kV及以下電壓等級(jí)的變壓器套管，與線圈連接的內(nèi)部接頭大多在下端，且浸入箱體油內(nèi)，故障時(shí)產(chǎn)生的熱量要通過油和套管散出，而套管較長，當(dāng)熱量傳到套管外部時(shí)引起的溫度不高。

3.1.2 套管缺油故障的紅外診斷

高壓套管缺油故障分為兩種：(1)套管油與變壓器油相連通；(2)套管油與變壓器油分開，但由于某種原因造成套管缺油或存在假油位。前者的缺油故障是在安裝或充油過程中沒有排套管內(nèi)的氣體所致，因此只要排放套管內(nèi)的氣體即可解決。而后者是由于在油與空氣分界面的上下介質(zhì)熱物性參數(shù)不一致，造成油面處出現(xiàn)較大的溫度梯度，而在實(shí)際油面處形成一個(gè)具有明顯溫度突變的清晰熱像特征。

3.2 高壓斷路器故障的熱像特征和紅外診斷

(1)內(nèi)部故障。主要包括動(dòng)靜觸頭接觸不良、靜觸頭座接觸不良、中間接頭接觸不良和內(nèi)部受潮等故障。當(dāng)斷路器內(nèi)部受潮濕，熱像顯示為整體發(fā)熱。二檔斷路器偶像兼溫差大道30℃且開斷負(fù)荷電流后，詳見溫差人不變化的，則視為內(nèi)部嚴(yán)重受潮，需盡快安排處理。內(nèi)部故障中故障比例最大的是觸頭故障。經(jīng)查閱相關(guān)資料及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)的故障規(guī)律。

(2)外部故障。包括裸露在大氣中高壓斷路器觸頭座與出線頭連接處的不良連接。此故障的紅外熱像圖特征是以接線線頭為中心的溫度分布，且有相互對(duì)應(yīng)關(guān)系。特別指出的是，對(duì)少油斷路器的缺油故障的熱像特征是在油界面處有清楚溫度突變且缺油部分溫度較低。而判斷是否缺油的依據(jù)要看位面是否低于油位警戒線。

3.3 電力變壓器故障的紅外診斷

3.3.1 變壓器內(nèi)部故障的紅外診斷

正常運(yùn)行的電力變壓器無法從外部對(duì)繞組和鐵芯進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的原因是其繞組和鐵芯都浸在油中并安裝在變壓器油箱內(nèi)。而對(duì)于常用的干式變壓器可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。其熱像特征是以芯柱和線圈為中心的熱像圖。干式變壓器正常運(yùn)行時(shí)，B相芯柱由于磁負(fù)荷高且散熱性差，溫度總比A、C兩相高，其熱像是一個(gè)以B相為中心的熱像圖。而對(duì)于油浸變壓器，只有在吊芯下施加一定的空載勵(lì)磁電壓或短路電流進(jìn)行，此時(shí)其繞組與鐵芯的熱像特征與干式變壓器完全一致。

3.3.2 變壓器外部故障的紅外診斷

(1)當(dāng)變壓器外部載流導(dǎo)體連接不良或松動(dòng)時(shí)，因電阻增大而引起局部過熱，熱像特征是以故障點(diǎn)為中心的熱像圖。(2)變壓器漏磁和箱殼渦流故障的熱像特征呈現(xiàn)為以漏磁通穿過并形成環(huán)流的區(qū)域?yàn)橹行牡臒釄?chǎng)分布。

4 影響紅外在線檢測(cè)與故障診斷結(jié)果的因素

4.1 運(yùn)行狀態(tài)的影響

電氣設(shè)備無論是電流效應(yīng)引起的導(dǎo)電回路故障、電壓效應(yīng)引起的絕緣介質(zhì)故障或電壓分布不均和泄漏電流過大故障、電磁效應(yīng)引起的漏磁渦流故障，產(chǎn)生的設(shè)備發(fā)熱與溫升，都與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)。只有當(dāng)設(shè)備在額定電壓下運(yùn)行，而且負(fù)荷越大，發(fā)熱及溫升越嚴(yán)重，故障點(diǎn)的特征性熱異常也暴露得越明顯。因此在進(jìn)行紅外檢測(cè)時(shí)，要盡量保證設(shè)備在額定電壓和滿負(fù)荷下運(yùn)行，至少應(yīng)在檢測(cè)過程的一段時(shí)間內(nèi)使設(shè)備負(fù)荷不低于額定負(fù)荷的30%。

4.2 大氣衰減的影響

設(shè)備表面發(fā)射的紅外輻射能量經(jīng)過大氣傳到紅外檢測(cè)儀上，受到大氣中的水蒸氣、二氧化碳、甲烷及一氧化碳等氣體分子的吸收衰減和空氣中懸浮顆粒的散射衰減，并且衰減程度與輻射在傳輸路徑上的大氣組分與紅外檢測(cè)儀的工作波長范圍有關(guān)，隨著輻射傳輸距離( 檢測(cè)距離)的增大，衰減程度加劇。我們可以通過以下方式消除大氣的衰減影響：(1)選擇在環(huán)境大氣比較干燥和潔凈的時(shí)間段(大氣相對(duì)濕度不超過85%)進(jìn)行檢測(cè)；(2)在保證對(duì)帶電設(shè)備安全距離的前提下，盡可能縮短檢測(cè)距離，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行合理的距離修正。

4.3 氣象條件的影響

氣象條件的影響主要表現(xiàn)在大氣環(huán)境溫度、雨、雪、霧及風(fēng)力(風(fēng)速)等。為克服上述影響，應(yīng)選擇環(huán)境溫度適中的春季無雨、無霧、無風(fēng)(最大風(fēng)力不大于三級(jí)或風(fēng)速小于0.05～0.1m/s為宜)和環(huán)境溫度較穩(wěn)定的夜晚(日落后2～3h至次日黎明前)進(jìn)行檢測(cè)。

5 結(jié)語

本文著重分析了幾類高壓電氣設(shè)備不同故障發(fā)熱的熱場(chǎng)分布規(guī)律及表面紅外熱像特征，除某些電氣設(shè)備的少數(shù)內(nèi)部故障外，大多數(shù)因?yàn)閮?nèi)部故障發(fā)熱在設(shè)備外部有溫度響應(yīng)的故障，均能用紅外方法進(jìn)行診斷。通過紅外成像技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)并消除很多目前現(xiàn)有常規(guī)儀器無法檢測(cè)到的運(yùn)行設(shè)備缺陷，該技術(shù)的運(yùn)用將極大提高電力系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，必將為電力系統(tǒng)帶來巨大的直接和間接效益。并且紅外成像與故障診斷有利于實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備的狀態(tài)管理和向狀態(tài)維修體制的過渡，還可以把運(yùn)行設(shè)備的信息存入電子計(jì)算機(jī)，設(shè)備管理人員就能對(duì)管轄的所有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施管理，并根據(jù)每臺(tái)設(shè)備的狀態(tài)演變情況進(jìn)行有目的的維修，可以避免設(shè)備由于缺陷而發(fā)展成事故，避免“欠維修”和“過維修”的發(fā)生，對(duì)深入開展設(shè)備狀態(tài)檢修起到積極的推動(dòng)作用。而且紅外成像技術(shù)還可以評(píng)價(jià)設(shè)備的維修質(zhì)量和一次設(shè)備及線路工程的施工質(zhì)量。

[1]笪峰,王剛,朱亞飛.紅外測(cè)溫技術(shù)在氧化鋅避雷器故障診斷中的應(yīng)用[J].陜西電力,2012(1).

[2]王艷波.紅外測(cè)溫技術(shù)在TBM設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用[J].隧道建設(shè),2011(11).

[3]張鐘秀,張煒帆.紅外測(cè)溫技術(shù)在城網(wǎng)配電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].山西電力,2010(12).