福建省三鋼集團動力廠維修車間 張 鵬

在高壓電氣設(shè)備故障診斷中應用紅外檢測技術(shù)的分析

福建省三鋼集團動力廠維修車間 張 鵬

目前，紅外檢測技術(shù)已成為我國高壓電氣設(shè)備故障診斷的主要檢測方法。利用紅外檢測技術(shù)，可保證高壓電氣設(shè)備無損運行，這對于有效控制高壓電氣設(shè)備正常運行，避免高壓電氣設(shè)備故障發(fā)生，保證設(shè)備的高效運行具有重要意義。本文主要介紹了高壓電氣設(shè)備的主要故障、診斷原理以及紅外檢測技術(shù)診斷高壓電氣設(shè)備的應用及診斷機理，以期為紅外檢測技術(shù)在高壓電氣設(shè)備故障檢測中的應用提供參考。

高壓電氣設(shè)備；故障診斷；紅外檢測技術(shù)

電力是我國經(jīng)濟發(fā)展的主要能源供應形式，隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，對電力的需求呈現(xiàn)快速增長的模式，高壓電力設(shè)備的工作負荷不斷突破新高。在此情況下，高壓電氣設(shè)備的熱缺陷故障不斷產(chǎn)生，這樣一來，對高壓電氣設(shè)備的正常運行帶來很大不便，直接影響著我國的經(jīng)濟建設(shè)工程，帶來了巨大的經(jīng)濟損失。為了避免高壓電氣設(shè)備的故障發(fā)生，及時有效的消除設(shè)備故障，保證高壓電力設(shè)備持續(xù)高效的運行，紅外檢測技術(shù)被應用于高壓電氣設(shè)備的故障診斷中。此技術(shù)能夠保證及時發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的熱缺陷故障，利于人們防患于未然，有效降低了電力設(shè)備的熱故障發(fā)生率。

1 紅外檢測技術(shù)的原理

紅外檢測技術(shù)即紅外在線測溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)是將紅外成像儀放置在在可控高精度數(shù)字電動萬向云臺，同時根據(jù)高壓電氣設(shè)備的實際位置以及紅外測溫系統(tǒng)的有效測溫距離安置在高壓電氣設(shè)備構(gòu)架之上?？墒謩诱{(diào)節(jié)監(jiān)測角度或者進行巡航監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)及紅外成像會自動保存，并且生成數(shù)據(jù)報表，監(jiān)測人員可根據(jù)此報表判斷設(shè)備運行情況。另外，可手動設(shè)置溫度閾值，若檢測溫度超過閾值，系統(tǒng)可自動報警，監(jiān)測人員根據(jù)情況及時進行監(jiān)測修整。

2 高壓電力設(shè)備主要故障及診斷原理

2.1 接觸電阻損耗增大故障

電氣設(shè)備的電力系統(tǒng)中，所有的金屬導體都存在一定大小的電阻。當回路中有電流通過這些導體時，由于電阻的存在，電能的一部分便會以熱量的形式消耗掉。由于電阻的存在而產(chǎn)生的發(fā)熱功率計算公式為：P=I2R，其中P表示該導體的發(fā)熱功率，I表示通過該導體的電流；R表示該導體的電阻。當電氣設(shè)備之間接觸不良時，該處電阻值增大，導致發(fā)熱功率明顯比附近的導體功率要高，因此導致該處溫度升高，發(fā)熱明顯。

2.2 介質(zhì)損耗增大故障

此處的介質(zhì)主要包括電氣設(shè)備中的電介質(zhì)以及導體周圍的電氣絕緣油等。在交流電場中，由于電氣設(shè)備系統(tǒng)中的介質(zhì)極化方向一直在改變，因此消耗電能而產(chǎn)生熱損耗。熱損耗功率計算公式為：P=U2wCtanD。其中U表示電氣設(shè)備中的電壓值；w表示交變電壓角頻率；C表示介質(zhì)的等值電容；tanD表示介質(zhì)損耗角正切值。高壓電氣設(shè)備正常運行過程中也會產(chǎn)生一定的介質(zhì)熱損耗。當高壓電氣設(shè)備中的絕緣介質(zhì)受到破壞時，介質(zhì)損耗角的正切值會增大，使得介質(zhì)熱損耗功率增大，最終導致電氣設(shè)備運行溫度增加，故障產(chǎn)生。

2.3 鐵磁損傷增大故障

由于設(shè)備結(jié)構(gòu)不合適以及鐵芯材質(zhì)低劣、芯片與芯片之間的絕緣損傷等造成設(shè)備內(nèi)部的短路，造成回路產(chǎn)生磁飽和或磁滯，在芯片間短路處產(chǎn)生環(huán)流，從而引起電能損耗產(chǎn)生熱量。

2.4 缺油

在高壓電氣設(shè)備運行過程中由于故障導致滲油或電氣設(shè)備變壓器的套管排氣故障等引發(fā)缺油，可能會導致油面放電，引起電氣設(shè)備表面溫度升高。這種情況一方面是由于設(shè)備內(nèi)油位的上下介質(zhì)之間不同的熱特性參數(shù)值引起；另一方面是由于放電產(chǎn)生熱損耗。

2.5 電壓分布異常和電流泄露過大故障

高壓電氣設(shè)備在正常運行狀態(tài)下，回路中存在特定的泄露電流及電壓分布設(shè)備，它們是輸電線路絕緣子和避雷器。在高壓電氣設(shè)備正常運行情況下，它們不會出現(xiàn)問題，可當高壓電氣設(shè)備中部分出現(xiàn)故障時，分布在這些設(shè)備中的電壓和泄露電流就會發(fā)生變化，從而導致電氣設(shè)備表面溫度分布出現(xiàn)變化。

3 紅外檢測技術(shù)在高壓電氣設(shè)備故障診斷中的應用舉例

3.1 檢測電流、電壓互感器的內(nèi)部缺陷

高壓電器設(shè)備在正常運行狀態(tài)下，電流互感器會有較大電流通過，且電壓較高，電流互感器內(nèi)部的鐵、銅介質(zhì)損耗引發(fā)設(shè)備升溫，而受到高電壓的作用，電流互感器內(nèi)的絕緣介質(zhì)也會損耗致使設(shè)備升溫，兩面夾擊之下設(shè)備升溫明顯。除此之外，電流互感器鐵芯片之間部分出現(xiàn)短路情況、絕緣介質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)大量氣隙、電場中出現(xiàn)雜物以及高壓電氣設(shè)備內(nèi)電場異常分布以及由于加工工藝缺陷而導致的絕緣層松動等這些因素，都是導致高壓電器設(shè)備局部溫度過高的原因。這些問題可以利用紅外檢測技術(shù)進行檢測并且迅速判定故障類型。

由于電壓互感器的熱容較小、且體積不大，導致電壓互感器內(nèi)部的鐵、銅以及絕緣介質(zhì)等極易出現(xiàn)損耗。由于這些介質(zhì)的損耗而導致熱功率增加從而導致電壓互感器表面溫度升高。應用紅外檢測技術(shù)診斷電壓互感器時，可排除電壓互感器內(nèi)部鐵芯片之間的短路情況以及互感器內(nèi)部線圈短路等問題，有利于提高故障判斷的準確性。

3.2 檢測高壓套管內(nèi)部問題

若油紙電容式套管密封欠缺的條件下，一旦浸水會導致電容芯絕緣材料受潮、加速老化，很容易導致絕緣開裂，一旦絕緣出現(xiàn)開裂則會導致開裂部位出現(xiàn)放電現(xiàn)象、高壓套管內(nèi)部缺油，從而導致套管介質(zhì)損耗增大等情況。由于高壓套管內(nèi)部介質(zhì)損耗而導致的套管表面溫度升高幅度為1℃，如果在工作環(huán)境中發(fā)現(xiàn)高壓套管的表面溫度升高幅度高出0.3℃-0.9℃時，標志著高壓套管內(nèi)部介質(zhì)損耗已超限定值。這種問題一旦出現(xiàn)則會使得油位快速下降、充油套管缺油等問題。當套管油位下降較多時，則會在空氣和油的界面處產(chǎn)生較明顯的溫度差。此時，可根據(jù)假油位及缺油熱像特征利用紅外檢測技術(shù)診斷套管內(nèi)出現(xiàn)的問題。

3.3 監(jiān)測斷路器以及避雷器的內(nèi)部問題

利用紅外檢測技術(shù)可診斷的斷路器的內(nèi)部缺陷問題包括斷路器內(nèi)部受潮、缺油以及中間觸頭、動靜觸頭、靜觸頭等接觸不良的缺陷；可利用紅外檢測技術(shù)診斷的避雷器運行故障包括在運行過程中可能出現(xiàn)的溫度分布異常、局部溫度升高、相間溫差增大等故障。利用紅外熱成像技術(shù)與帶電檢測技術(shù)配合使用，可診斷因閥片破損導致的整體或局部元件發(fā)熱以及避雷器受潮導致的故障和非故障元件發(fā)熱等的問題。

3.4 檢測電抗器內(nèi)部問題

對于電抗器而言，漏磁是其主要問題。電抗器的結(jié)構(gòu)與變壓器很相像，但是電抗器相對簡單一點。若在高壓電器設(shè)備運行過程中，電抗器出現(xiàn)漏磁問題，且問題較嚴重的情況下，在電抗器的外箱表面會產(chǎn)生感應電動勢并且按照電抗器外殼螺栓的流動路徑進行環(huán)流，一旦出現(xiàn)這種問題，則會導致電抗器外殼局部高溫，螺栓溫度升高，甚至導致絕緣油出現(xiàn)異常色譜。這種問題發(fā)生時，若利用紅外檢測技術(shù)，紅外熱成像呈現(xiàn)出來的是一個熱場分布圖，該熱場分布圖是以過熱螺栓或環(huán)流區(qū)域為中心。

4 小結(jié)

高壓電氣設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)關(guān)系到國民經(jīng)濟的正常發(fā)展，保證其高效持續(xù)運行是促進經(jīng)濟快速發(fā)展的有效手段。紅外檢測技術(shù)診斷高壓電氣設(shè)備已得到廣泛認可和應用，紅外檢測技術(shù)的應用進展直接影響著高壓電氣設(shè)備的故障監(jiān)測。該技術(shù)相關(guān)研究人員應該加強紅外檢測技術(shù)在高壓電氣設(shè)備故障檢測中的技術(shù)應用研究，不斷總結(jié)規(guī)律，提升檢測效率，逐步提高紅外檢測技術(shù)在高壓電氣設(shè)備故障檢測中的應用效果。

[1]莫順強.紅外熱像故障診斷技術(shù)在高壓電氣設(shè)備中的應用[J].科技創(chuàng)新與應用,2014(30):196.

[2]吳繼平,李躍年.紅外熱成像儀應用于電力設(shè)備故障診斷[J].電力設(shè)備,2012,5(35):57-58.