魏琴梅,楊艷軍
(國網(wǎng)太原供電公司,山西 太原 030012)
電氣設(shè)備的安全運(yùn)行條件:一是導(dǎo)體的導(dǎo)電性能良好;二是介質(zhì)絕緣性能良好。介質(zhì)的絕緣性能試驗(yàn),國家早有試驗(yàn)規(guī)程和大量的儀器設(shè)備。而導(dǎo)體導(dǎo)電性能的好壞,至今還缺乏有力的監(jiān)督手段。電力設(shè)備的許多故障模式都是以設(shè)備的熱狀態(tài)異常表現(xiàn)出來的,目前通過紅外診斷可以判斷出設(shè)備有無故障及故障屬性和嚴(yán)重程度。
運(yùn)行設(shè)備局部過熱或溫度異常的原因很多,導(dǎo)體連接不良,材質(zhì)欠佳,絕緣受潮劣化,過負(fù)荷運(yùn)行,虛假油位,漏磁渦流等都是原因所在。這些故障現(xiàn)象在紅外診斷技術(shù)方面可分為兩大類:即設(shè)備的外部熱故障和內(nèi)部熱故障。
外部熱故障是指傳統(tǒng)室外高壓斷路器、電流互感器、隔離開關(guān)等主設(shè)備。由于太原地區(qū)的空氣污染嚴(yán)重,長期的日曬、雨淋,設(shè)備的接觸部位都為金屬材料,觸頭氧化接觸不良,導(dǎo)體的導(dǎo)電性能的劣化,接頭接觸電阻增大,進(jìn)而造成導(dǎo)體溫度升高;而且時(shí)間越長,溫度越高,導(dǎo)體的電阻愈大。根據(jù)焦?fàn)柪愦味桑↗oule-Lenz's Law),載流體所產(chǎn)生的熱量[1]
式中:Q——載流體熱量;
I——通過載流體的電流;
R——載流體的電阻;
t——電流通過載流體的時(shí)間。發(fā)熱量取決于回路的電阻,流過的電流及流過電流的時(shí)間。其中回路電阻除與導(dǎo)體材質(zhì)和接點(diǎn)連接工藝有關(guān)外,還受外界有害氣體和各種電動(dòng)力、機(jī)械力的間接影響,而負(fù)荷電流僅與運(yùn)行方式和工況有關(guān)。這種外部熱故障是電網(wǎng)事故頻繁發(fā)生的重要原因之一。
電氣設(shè)備的內(nèi)部故障主要指封閉在設(shè)備外殼內(nèi)部的故障。其產(chǎn)生溫度異常的原因有5種:內(nèi)部導(dǎo)體連接不良;內(nèi)部介質(zhì)損耗增大;內(nèi)部電壓分布畸變或泄漏電流過大;內(nèi)部絕緣受潮劣化,絕緣距離不足等引起局部放電,進(jìn)而發(fā)展為熱擊穿;設(shè)備內(nèi)部缺油等??梢姡瑑?nèi)部熱故障不同于外部熱故障,其故障性質(zhì)多種多樣。內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而紅外輻射不具有穿透能力,熱像儀接收到的只是傳導(dǎo)到設(shè)備表面熱能構(gòu)成的熱像圖譜。根據(jù)熱傳導(dǎo)和對(duì)流特性,由內(nèi)部故障點(diǎn)發(fā)生的熱量將主要通過與其接觸的聯(lián)接件、絕緣油和氣體等傳導(dǎo)和對(duì)流換熱。從外部對(duì)與其相關(guān)的部件進(jìn)行紅外熱像圖譜分析,即可診斷出內(nèi)部熱故障。分析設(shè)備內(nèi)部故障,溫度不是決定因素,重要的是溫度場的分布狀態(tài)及與同類設(shè)備相比較。在有些設(shè)備熱像圖譜上看到的最高溫度區(qū)往往不是故障點(diǎn),低溫度區(qū)都是故障點(diǎn)。如儲(chǔ)油設(shè)備的缺油現(xiàn)象。
國網(wǎng)太原供電公司電力設(shè)施實(shí)行狀態(tài)檢修5年來,變電站的各類檢修、操作減少,管理人員、運(yùn)行人員、檢修人員的工作量有所減少,但操作人員對(duì)設(shè)備巡視檢查維護(hù)、紅外測溫的工作量加大。紅外診斷技術(shù)能在不接觸、不停運(yùn)、不取樣、不解體的狀態(tài)下,簡單方便利用檢測到的紅外輻射信息生成紅外圖譜進(jìn)行分析,對(duì)設(shè)備提前診斷,狀態(tài)顯示快捷、靈敏、形象、直觀、檢測效率高、預(yù)知檢修;不僅提高了設(shè)備的可靠率,勞動(dòng)強(qiáng)度低,為開展設(shè)備的狀態(tài)維修提供了客觀、正確、科學(xué)的數(shù)據(jù),使設(shè)備的狀態(tài)檢修更具有針對(duì)性,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,而且易于進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析,促進(jìn)向智能化診斷發(fā)展。
紅外測溫檢測現(xiàn)場在近距離觀察被測設(shè)備時(shí),必須做到專人監(jiān)護(hù),與帶電設(shè)備保持足夠的安全距離,并防止碰撞兩側(cè)、上部及后部的物體。嚴(yán)格遵守《電力安全工作規(guī)程(變電部分) DL—408》[2]、《電力安全工作規(guī)程(線路部分) DL—409》[3]規(guī)程,對(duì)晚上進(jìn)行的紅外檢測,光線不好,在改變檢測位置時(shí),一定要注意地面狀況,如電纜溝、樹木、草坪、水溝、路沿等防止摔跌。本文將設(shè)備的測溫最佳位置定點(diǎn)后,有效防止盲目尋找位置,保證測溫的有效性和人身、設(shè)備的安全。
檢測人員對(duì)本班組所使用的紅外測溫儀的熟練操作,對(duì)按鍵、調(diào)整、字體、格式的正確應(yīng)用,直接影響測溫的準(zhǔn)確性。測溫儀自身設(shè)定的模式、格式也對(duì)其有影響。設(shè)備發(fā)射率目前采用0.92。本文將設(shè)備的測溫最佳位置定點(diǎn)后,在同一方位,同一角度,同一距離進(jìn)行檢測1臺(tái)設(shè)備的三相數(shù)據(jù),對(duì)設(shè)備的測試結(jié)果進(jìn)行比較。在現(xiàn)場檢測時(shí)應(yīng)盡量避開背景輻射的影響,如燈泡、煙囪、發(fā)熱管道、太陽光反射等。
對(duì)變電站設(shè)備的紅外測溫過程中,有一系列主客觀因素會(huì)對(duì)溫度結(jié)果產(chǎn)生影響,測溫時(shí)的站位、角度、與電氣設(shè)備的距離等都會(huì)影響每次所測的溫度。為使每次檢測數(shù)據(jù)有可比性,比較判斷設(shè)備溫度變化,保證紅外測溫工作的準(zhǔn)確性,更有效診斷缺陷類型,靠運(yùn)行人員記憶站位的定點(diǎn)定向方法不能保證各次檢測站位一致;尤其對(duì)異常溫度的跟蹤檢測,能有一種定點(diǎn)定位測溫技術(shù),縮小測溫的人為誤差,排除盲目性。變電運(yùn)行維護(hù)工區(qū)在所轄的變電站進(jìn)行深入細(xì)致地分析和研究,總結(jié)出“紅外檢測定位墊”的測溫方法,見圖1。
圖1 紅外檢測定位墊
在一個(gè)硬塑料墊上用顏色分區(qū);用符號(hào)定向定位。墊由一V字分界線分成定位區(qū)2和站腳區(qū)6。定位區(qū)2內(nèi),定向箭頭1對(duì)稱配置在墊的縱對(duì)稱軸線前端,指向被測點(diǎn)所在垂直地面線。站腳區(qū)6內(nèi)有一對(duì)分左右的腳印形腳位3,兩腳位3的并腳點(diǎn)4處于墊的縱對(duì)稱軸線上。兩腳位3的廓線與V字兩邊線和頂線延長線相切。墊的四角各有一釘眼7,供釘入鋼釘固定于地。墊的四邊有一圈坡邊5,使墊對(duì)地不會(huì)形成凸起,以免人腳把墊碰松。墊的背面有一層膠,并有護(hù)膜保護(hù)。在不允許釘釘?shù)牡孛嬲硥|于地。使用時(shí),應(yīng)先選定測點(diǎn),根據(jù)測溫點(diǎn)位置圖確定紅外成像儀測溫儀支架(或人)的位置,再從測點(diǎn)至被測點(diǎn)在地面的垂直投影點(diǎn)連一直線,使墊縱對(duì)稱軸線與之重合,并使定向箭頭1指向被測點(diǎn)的垂直投影線。測量時(shí),無論腳大小,腳尖頂住定位區(qū)2的邊;兩腳后跟靠緊,并使并腳點(diǎn)4處于墊的縱對(duì)稱軸線上。
檢測到電氣設(shè)備有發(fā)熱異常時(shí),對(duì)設(shè)備的發(fā)熱部位進(jìn)行跟蹤“重點(diǎn)測溫”,檢測人員采用移動(dòng)“紅外檢測定位墊”的方法,將紅外測溫的支架放在測溫墊上,將測溫位置、測溫角度固定,使每次測溫都有相同的紅外圖譜,建立帶電設(shè)備的紅外圖譜庫,對(duì)帶電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析、對(duì)比和歸納總結(jié),監(jiān)視缺陷的發(fā)展趨勢。
外部熱故障圖譜實(shí)例如圖2所示,電阻損耗發(fā)熱(規(guī)范指電流致熱)故障,趙家山變電站220 kV 2021-2A相隔離開關(guān)觸頭發(fā)熱,與其他兩相溫差超過15°。2011年5月檢修人員拆下2021-2A隔離開關(guān)后,發(fā)現(xiàn)閘口導(dǎo)電接觸部位有灼傷痕跡。
圖2 外部故障設(shè)備
內(nèi)部熱故障圖譜實(shí)例如圖3所示,北郊變電站10 kV 2號(hào)電容器B相避雷器介質(zhì)損耗發(fā)熱 (規(guī)范指電壓致熱),拆下B相避雷器后,檢測發(fā)現(xiàn)絕緣介質(zhì)損耗增大,發(fā)熱功率增加。原因是絕緣材料老化、氧化、受潮和自身的化學(xué)變化等。
圖3 內(nèi)部故障設(shè)備
紅外檢測定位墊的優(yōu)點(diǎn)是:定點(diǎn)定向準(zhǔn)確;每次檢測的站位相同,使各次檢測有可比性;便于更換測點(diǎn);簡單實(shí)用。采用紅外測溫定位技術(shù),制作移動(dòng)輔助測溫定位絕緣墊,標(biāo)明觀測方向、角度,并配合在運(yùn)行設(shè)備周圍最佳測溫點(diǎn)安裝固定測溫點(diǎn)標(biāo)記,使電力設(shè)備每次測溫圖譜相對(duì)固定,方便對(duì)比和診斷發(fā)熱缺陷。
紅外檢測定位技術(shù)在多所220 kV變電站實(shí)際應(yīng)用,對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行連續(xù)跟蹤測溫、數(shù)據(jù)收集,縮短了測溫時(shí)間,防止遺漏測溫點(diǎn),及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患,提高紅外檢測的準(zhǔn)確性,逐步建立起電氣設(shè)備紅外檢測圖譜庫,準(zhǔn)確掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),為設(shè)備的狀態(tài)檢修提供可靠的數(shù)據(jù)支撐,減少故障停電次數(shù),保證電網(wǎng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
[1] 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì).DL/T664—2008 帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范[S].北京:中國電力出版社,2008:1-3.
[2] 國家電網(wǎng)公司.電力安全工作規(guī)程Q/GDW1799.1—2013(變電部分)[M].北京:中國電力出版社,2009:8-13.
[3] 國家電網(wǎng)公司.電力安全工作規(guī)程Q/GDW1980.1—2013(線路部分)[M].北京:中國電力出版社,2009:14-19.