賈達(dá)菲，李艷鵬，梁基重

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

0 引言

任何溫度高于絕對(duì)零度的物體，都會(huì)不停地向外輻射紅外熱能，物體溫度越高，輻射的能量越大[1-2]。紅外成像技術(shù)就是通過(guò)檢測(cè)這種紅外輻射能量，從而判斷設(shè)備表面的溫度及溫度場(chǎng)的分布。電力設(shè)備的故障缺陷往往都伴隨著熱量的產(chǎn)生，利用紅外熱像儀測(cè)定電力設(shè)備表面的溫度場(chǎng)，就可以判斷電力設(shè)備是否存在熱故障。此外，紅外成像技術(shù)具有遠(yuǎn)距離、非接觸、不受電磁干擾等特點(diǎn)[3]。

避雷器作為高壓設(shè)備過(guò)電壓防護(hù)的重要設(shè)備，其安全運(yùn)行關(guān)系到變電站的正常電力供應(yīng)。紅外熱像檢測(cè)是一種有效發(fā)現(xiàn)避雷器早期缺陷的檢測(cè)手段，能避免缺陷發(fā)展甚至出現(xiàn)本體爆炸事故。

本文結(jié)合實(shí)際工作中紅外診斷發(fā)現(xiàn)3個(gè)不同電壓等級(jí)的避雷器早期發(fā)熱缺陷案例，給出了避雷器缺陷發(fā)熱的圖譜特征和判斷方法。

1 紅外熱像診斷現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

1.1 500 kV避雷器發(fā)熱缺陷

在某500 kV變電站帶電檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)某500 kV出線避雷器C相上節(jié)有兩處局部過(guò)熱點(diǎn),如圖1所示，與相鄰部位溫差為1.5 K,現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)測(cè)試過(guò)程中，最大局部溫差達(dá)到3.3 K?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員對(duì)異常避雷器及正常相的泄漏電流進(jìn)行了比對(duì)，C相為2.1 mA，A、B相為2 mA，三相對(duì)比無(wú)明顯差別。

圖1 某500 kV出線避雷器C相紅外熱成像圖

根據(jù)《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》DL/T664—2016，正常避雷器整體為輕微發(fā)熱，三相溫差在0.5～1 K之間，整體或局部過(guò)熱為異常。檢測(cè)人員通過(guò)紅外熱像圖分析，正常避雷器運(yùn)行中發(fā)熱量很小，而且整體均勻發(fā)熱。該異常避雷器上部存在局部異常發(fā)熱區(qū)域，因?yàn)橥饨^緣污穢形成的一般是徑向均勻發(fā)熱，不是徑向局部發(fā)熱，因而判斷為內(nèi)部閥片受潮引起的局部發(fā)熱。內(nèi)部局部受潮會(huì)引起沿瓷套內(nèi)壁或閥片側(cè)面的沿面放電，初期引起局部輕度發(fā)熱，隨著受潮程度的加深其阻性電流也會(huì)逐漸增大。

在1周后對(duì)該避雷器進(jìn)行阻性電流測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其全電流和阻性電流都有所增加，全電流已增加到3.67 mA，阻性電流由0.3 mA增加到0.53 mA，變化均超出了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。根據(jù)Q/GDW1168—2013《輸變電狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》中的阻性電流初值差不大于50%，且全電流不大于20%的規(guī)定，該避雷器運(yùn)行狀況異常。

根據(jù)DL/T664—2016“電壓致熱型設(shè)備的缺陷一般定義為嚴(yán)重及以上缺陷”、“電壓致熱型設(shè)備應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)并安排其他測(cè)試手段”、“電壓致熱型設(shè)備缺陷明顯時(shí)應(yīng)立即消缺或退出運(yùn)行”，避雷器相上節(jié)發(fā)熱明顯，呈典型避雷器受潮發(fā)熱缺陷，溫差超過(guò)1 K，且故障發(fā)展迅速，屬危急缺陷。1個(gè)月后對(duì)該線路停電后，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)上節(jié)的絕緣電阻值已降低至零，再繼續(xù)運(yùn)行隨時(shí)都有爆炸的可能。返廠解體后，發(fā)現(xiàn)避雷器頂部進(jìn)水受潮，原因?yàn)楸芾灼黜敳课撮_排水槽，隨后廠家對(duì)同型號(hào)的設(shè)備進(jìn)行了改造。

由此可知，紅外檢測(cè)可以有效發(fā)現(xiàn)避雷器早期局部受潮缺陷，比泄漏全電流檢測(cè)發(fā)現(xiàn)受潮缺陷更及時(shí)、更直觀。

1.2 110 kV避雷器發(fā)熱缺陷

在某220 kV變電站紅外成像測(cè)溫過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)某110 kV避雷器A、B、C三相均存在局部發(fā)熱情況，A相上部和下部溫差為0.6 K；B相上部和下部溫差為6.5 K；C相上部和下部溫差為1.5 K，如圖2所示。結(jié)合DL/T 664—2016判斷缺陷為電壓致熱性缺陷，性質(zhì)為嚴(yán)重缺陷。

圖2 某110 kV避雷器紅外整體圖

停電后試驗(yàn)人員對(duì)該避雷器進(jìn)行了診斷性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

依據(jù)Q/GDW 1168—2013規(guī)定,U1mA初值差不超過(guò)±5%，0.75 U1mA泄漏電流初值差≤30%或≤50 μA，判定設(shè)備異常，不能繼續(xù)運(yùn)行，檢修人員對(duì)該避雷器進(jìn)行了更換并在試驗(yàn)室對(duì)其進(jìn)行了拆解。拆解過(guò)程中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)閥片受潮的痕跡，排除閥片受潮的因素；然后對(duì)閥片進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如圖3所示（自左至右對(duì)氧化鋅閥片進(jìn)行編號(hào)：1-33號(hào))。

圖3 某110 kV避雷器閥片絕緣電阻分布

通過(guò)閥片的絕緣電阻值我們可以看到避雷器內(nèi)部氧化鋅閥片從上到下絕緣電阻差異較大，可以判斷閥片中上部閥片老化導(dǎo)致絕緣性能下降。

1.3 35 kV避雷器發(fā)熱缺陷

在某220 kV變電站紅外熱像測(cè)溫過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)220 kV主變35 kV側(cè)A相避雷器有明顯發(fā)熱現(xiàn)象，避雷器紅外圖譜和可見(jiàn)光照片如圖4、圖5所示。

通過(guò)紅外圖譜可以看出，A相避雷器整體過(guò)熱，熱點(diǎn)溫度為40.1℃，B、C相溫度正常，分別為3.1℃、3.0℃，A、B相溫差為37℃，屬于嚴(yán)重缺陷。

圖4 A相避雷器相紅外圖譜和可見(jiàn)光照片

圖5 三相避雷器相紅外圖譜和可見(jiàn)光照片

結(jié)合避雷器在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量數(shù)據(jù)，與投運(yùn)時(shí)對(duì)比，結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，A相避雷器全電流、阻性電流投運(yùn)時(shí)數(shù)據(jù)相比明顯增大，阻性電流增加9倍。

表2 避雷器帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)

停電后，對(duì)避雷器進(jìn)行絕緣電阻和直流泄露電流測(cè)試，結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，A相避雷器絕緣電阻和U1mA嚴(yán)重降低，75%U1mA下的泄漏電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于50 μA。

表3 避雷器停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)

將該避雷器解體檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部受潮嚴(yán)重，有清晰的水痕，受潮原因是頂部螺栓松動(dòng)，潮氣沿螺栓縫隙大量進(jìn)入避雷器本體，造成內(nèi)部閥片嚴(yán)重受潮引起本體發(fā)熱異常。

2 結(jié)論

a)紅外檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，極大豐富了電力設(shè)備狀態(tài)信息，對(duì)發(fā)熱隱患及時(shí)采取重點(diǎn)監(jiān)控、降低負(fù)荷、停電處理等措施，有效地減少了設(shè)備故障的發(fā)生，降低了檢修強(qiáng)度和成本，提高了檢修效率，使檢修工作更加科學(xué)化。

b)避雷器作為高壓設(shè)備過(guò)電壓防護(hù)的重要設(shè)備，其安全運(yùn)行關(guān)系到變電站的正常電力供應(yīng)。一旦出現(xiàn)局部過(guò)熱或者溫度分布不均勻等情況，溫差達(dá)0.5～1 K以上，即為電壓致熱型嚴(yán)重缺陷，預(yù)示著避雷器內(nèi)部受潮或者閥片存在老化。