紅外診斷技術(shù)在變壓器狀態(tài)檢修中的應用研究

摘要:電力作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，時刻與社會的生產(chǎn)活動與人民日常生活緊密聯(lián)系，所以需要保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，變壓器是電網(wǎng)運行中的關(guān)鍵部分，而要使變壓器處于一個持續(xù)穩(wěn)定的工作狀態(tài)中，就需要對其進行檢修，文章主要對紅外診斷技術(shù)在變壓器狀態(tài)檢修中的應用進行研究。

關(guān)鍵詞:紅外診斷技術(shù) 變壓器 狀態(tài)檢修

紅外診斷技術(shù)是一門新興的學科，它是利用帶電設(shè)備的致熱效應，采用專用設(shè)備獲取從設(shè)備表面發(fā)出的紅外輻射信息，進而判斷設(shè)備狀況和缺陷性質(zhì)的一門綜合技術(shù)。它是檢測帶電設(shè)備運行狀況和判斷設(shè)備缺陷的有效手段，該技術(shù)以遠距離、不接觸、不停電、不取樣、不解體為顯著特點，使用靈活、安全性好，對開展狀態(tài)檢修可起到重要作用。

1 紅外診斷技術(shù)的應用原理分析

設(shè)備故障紅外診斷的前提，首先是用紅外方法監(jiān)測到設(shè)備運行狀態(tài)的變化及故障信息。在電力系統(tǒng)的各種電氣設(shè)備中，導流回路部分存在大量接頭、觸頭或連接件，如果由于某種原因引起導流回路連接故障，就會引起接觸電阻增大，當負荷電流通過時，必然導致局部過熱。如果電氣設(shè)備的絕緣部分出現(xiàn)性能劣化或絕緣故障，將會引起絕緣介質(zhì)損耗增大，在運行電壓作用下也會出現(xiàn)過熱;具有磁回路的電氣設(shè)備，由于磁回路漏磁、磁飽和或鐵芯片間絕緣局部短路造成鐵損增大，會引起局部環(huán)流或渦流發(fā)熱;還有些電氣設(shè)備(如避雷器和交流輸電線路絕緣瓷瓶)，因故障而改變電壓分布狀況或增大泄露電流，同樣會導致設(shè)備運行中出現(xiàn)溫度分布異常。總之，許多電氣設(shè)備故障往往以設(shè)備相關(guān)部位的溫度或熱狀態(tài)變化為征兆表現(xiàn)出來。

只要運用適當?shù)募t外儀器檢測電氣設(shè)備運行中發(fā)出的紅外輻射能量，并轉(zhuǎn)換為相應的電信號，再經(jīng)過專門的電信號處理系統(tǒng)處理，接可以獲得電氣設(shè)備表面的溫度分布狀態(tài)及其包含的設(shè)備運行狀態(tài)信息。這就是電氣設(shè)備運行狀態(tài)紅外監(jiān)測的基本原理。

由于電力設(shè)備不同性質(zhì)、不同部位和嚴重程度不同的故障，在設(shè)備表面不僅會產(chǎn)生不同的溫升值，而且會有不同的空間分布特征，所以分析處理紅外監(jiān)測到的上述設(shè)備運行狀態(tài)信息，就能夠?qū)υO(shè)備中潛伏的故障或事故隱患屬性、具體位置和嚴重程度作出定量的判定。這就是電氣設(shè)備故障紅外診斷的基本原理。

根據(jù)正常狀態(tài)下設(shè)備的發(fā)熱規(guī)律及其表面溫度場的分布和溫升狀況，即設(shè)備的基礎(chǔ)熱像，結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)及傳熱途徑，進一步分析設(shè)備在各種故障狀態(tài)下的熱像及溫升，再結(jié)合其他檢測結(jié)果，就能較好地診斷出設(shè)備故障及故障點和類型。

另外，設(shè)備熱故障可分為兩大類。其一，外部熱故障。它以局部過熱的形態(tài)向其周圍輻射紅外線。例如導電回路的裸露接頭、連接件和觸頭，因接觸不良造成過度發(fā)熱，其紅外熱像圖呈現(xiàn)以故障點為中心的熱像分布，故從熱像圖可直觀判斷是否存在熱故障，而由溫度分布可準確地確定故障部位。其二，內(nèi)部熱故障。例如絕緣介質(zhì)受潮或老化后因介質(zhì)損耗增大而使發(fā)熱增加;鐵心和導磁部位因絕緣不良造成漏磁或短路而形成局部渦流過熱;設(shè)備內(nèi)部缺油也會產(chǎn)生熱效應等。它們的發(fā)熱過程較長，且為穩(wěn)定發(fā)熱。與故障點相接觸的物質(zhì)都會傳出熱量，尤其導體都是良好的導熱體，改變了設(shè)備外表面的熱場分布。故從設(shè)備外部對其相關(guān)部件進行紅外熱像的檢測分析，可診斷設(shè)備的大量內(nèi)部故障。

2 紅外診斷技術(shù)的特點分析

與傳統(tǒng)的預防性試驗和離線診斷相比，紅外監(jiān)測與診斷技術(shù)具有以下的特點:

2.1 不接觸、不停運、不取樣、不解體。紅外診斷方法是一種遙感診斷方法，在監(jiān)測過程中，始終不需要與運行設(shè)備直接接觸，而是在與設(shè)備相隔一定距離(通常在5m以外)的條件下進行監(jiān)測。既不需要像色譜分析那樣進行取樣，也不需要像以往做電力設(shè)備預防性試驗那樣進行設(shè)備解體或接觸式測試。所以紅外監(jiān)測時可以做到不停電、不改變系統(tǒng)的運行狀態(tài)，從而可以監(jiān)測到診斷設(shè)備在運行狀態(tài)下的真實狀態(tài)信息，并可保障操作安全。由于紅外診斷具有這“四不”特點，所以可以做到省時、省力、降低設(shè)備維修費用，大大提高設(shè)備的運行可靠性和投運率。

2.2 采用被動式監(jiān)測，簡單方便。

2.3 可實現(xiàn)大面積快速掃描成像，狀態(tài)顯示快捷、靈敏、形象、直觀，監(jiān)測效率高，勞動強度低。

2.4 紅外診斷適用面廣，效益、投資比高。從監(jiān)測方法來講，紅外成像監(jiān)測原則上幾乎能夠適用于發(fā)電廠和變電站所有高壓電氣設(shè)備中各種故障的檢測。盡管由于紅外診斷儀器及其輔助裝置都是高技術(shù)產(chǎn)品，一次性投資高于常規(guī)檢測儀表。但是，由于紅外監(jiān)測是設(shè)備運行狀態(tài)的在線監(jiān)測，不影響設(shè)備正常運行，不停電，增加設(shè)備的可使用時間和運行有效度，延長了設(shè)備的使用壽命和無故障工作時間。因此考慮到這些特點帶來的技術(shù)經(jīng)濟效益和社會效益后，普遍認為，紅外診斷的效益、投資比高是它的一個突出特點。

2.5 易于進行計算機分析，促進向智能化診斷發(fā)展。目前的紅外成像診斷儀器普遍配置了計算機圖像分析系統(tǒng)和各種功能處理軟件，不僅可以對監(jiān)測到的設(shè)備運行狀態(tài)進行分析處理，并可根據(jù)對設(shè)備紅外熱圖像有關(guān)參數(shù)的計算和分析處理，迅速給出設(shè)備故障屬性、故障部位及嚴重程度的定量診斷。

2.6 紅外診斷有利于實現(xiàn)電力設(shè)備的狀態(tài)管理向狀態(tài)維修體制的發(fā)展。

2.7 它不僅可以檢測出各種類型的設(shè)備外部接觸性過熱故障，而且能比較有效地檢測出備內(nèi)部導流回路的缺陷和絕緣故障。當然，對全密封電氣設(shè)備、小車柜開關(guān)等仍需利用紅外診斷技術(shù)進一步監(jiān)測，積累經(jīng)驗。

3 紅外診斷技術(shù)在變壓器狀態(tài)檢修中的應用分析

由于紅外診斷技術(shù)原理的可行性以及應用的優(yōu)越性，需要在變壓器狀態(tài)檢修實踐過程中對其加以應用。該章節(jié)文章結(jié)合實例對其應用進行分析，以取得良好的效果。在變壓器的狀態(tài)檢修工作中利用紅外熱像儀對變壓器的各部位、外部接頭和冷控制柜內(nèi)元件的運行溫度進行定期的、針對性的監(jiān)測。通過應用紅外熱成像儀對重要設(shè)備的重要部件進行溫度測量，多次判斷出設(shè)備在異常運行狀況。例如發(fā)現(xiàn)和處理了:#01啟備變油枕缺油;#1主變A相中性點套管引線接頭線夾燒壞，如圖1所示;#2發(fā)電機勵磁集電環(huán)裝置局部過熱等;還可多次利用熱像儀檢測判斷懸掛絕緣子串污閃的程度。

紅外監(jiān)測與診斷技術(shù)在珠海發(fā)電廠變壓器狀態(tài)檢修方面的應用效果分析如下:

3.1 在變壓器潛伏性故障診斷中，紅外診斷方法對于裸露在外部和體積不大的部件(如外部接頭、套管等)、冷卻裝置和油路系統(tǒng)、箱體渦流及干式變壓器內(nèi)部故障，診斷效果良好。不僅可以實現(xiàn)遠距離在線監(jiān)測，而且，對于故障的定位、定性和定量(嚴重程度)都比較準確，具有比其他診斷方法更優(yōu)越的特點。

3.2 對變壓器本體內(nèi)部故障的診斷，因故障處于油內(nèi)和本體深處，且外面罩有箱殼，故障信息難以傳遞出來。因此，在這種情況下用紅外方法診斷時可通過改變負荷及運行條件等，檢測變壓器的動態(tài)變化，并結(jié)合其他手段(如電氣及化學等)進行綜合分析，或借助在多發(fā)故障部位埋設(shè)紅外光纖等方法進行監(jiān)測與診斷。

3.3 對油浸式變壓器吊罩后施加激勵作紅外診斷，診斷效果及分析方法與干式變壓器相同。

3.4 油浸式變壓器內(nèi)部故障的紅外診斷，相對來講比較困難，還有待進一步研究開發(fā)與完善。

變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，傳熱途徑多樣，故當其內(nèi)部產(chǎn)生熱故障時，很難依靠紅外診斷這種單一手段進行診斷，需結(jié)合其他手段，例如油的氣相色譜分析來進行綜合判斷。必要時要用特殊的運行方式，例如油浸式變壓器鐵心故障的紅外診斷需在放油吊罩下進行。但對那些較靠近外殼或傳熱途徑簡單、直接的部位發(fā)生過熱故障時，可以用熱像診斷，例如箱體因內(nèi)部漏磁引起的渦流過熱、變壓器冷卻系統(tǒng)阻塞、變壓器套管內(nèi)部故障等的診斷。套管內(nèi)部故障包括絕緣不良而使介質(zhì)損耗增大導致溫升增加，內(nèi)部接觸不良引起過熱(大部分熱量由頂帽散出)和缺油導致溫度偏低等。

4 變壓器狀態(tài)檢修紅外診斷技術(shù)應用建議

紅外診斷技術(shù)是對絕緣監(jiān)督手段的有效補充和完善，其可以在預試前后進行設(shè)備診斷，無疑是對預試結(jié)果的驗證，同時預試前發(fā)現(xiàn)的設(shè)備熱故障則為檢修提供了依據(jù)。雖說紅外診斷技術(shù)在變壓器狀態(tài)檢修應用過程中擁有眾多的優(yōu)點，但在實踐中我們需要在不斷提升基礎(chǔ)應用知識的基礎(chǔ)上注意一些問題。

4.1 基礎(chǔ)知識是紅外診斷技術(shù)應用的前提，需要積極組織學習貫徹紅外監(jiān)測與診斷技術(shù)的有關(guān)標準。開展紅外監(jiān)測與診斷工作，需要掌握有關(guān)基本概念，如:相對溫差、絕對值、環(huán)溫參考值以及缺陷判斷等，明確監(jiān)測范圍，用標準指導紅外診斷工作;紅外成像儀所檢測的設(shè)備熱輻射易受到溫度、濕度、風速、陽光照射等因素的干擾，故在每次工作中檢測人員站立的位置應盡量相同，檢測的時間應相似，檢測的氣候環(huán)境應遵守《帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應用規(guī)范》中規(guī)定，并對檢測值做出修正。

4.2 制定和完善紅外診斷制度，并納入設(shè)備的預防性維護體系。根據(jù)設(shè)備重要程度和實際運行狀況制定合理的監(jiān)測周期，并已納入設(shè)備的預防性維護體系。如在《帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應用規(guī)范》中建議對運行中的變配電設(shè)備每年檢測兩次，輸電線路及旋轉(zhuǎn)電機每年檢測一次。而在實際工作中發(fā)現(xiàn)此周期間隔較長，無法及時發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備以及跟蹤發(fā)展趨勢，建議電廠調(diào)整為每季度檢測一次，在負荷高峰期間每月檢測一次，以便及時掌握設(shè)備的實際運行狀況。

4.3 建立和完善紅外監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、熱像圖譜庫。應正確使用紅外診斷儀器，注意合理選擇輻射系數(shù)。需要對電廠投運的所有的一次設(shè)備紅外熱像圖收集起來，建立基礎(chǔ)圖庫，在以后的檢測中產(chǎn)生的熱像圖不斷充實進圖庫中，進行定期分析對比，以掌握設(shè)備老化狀態(tài)的發(fā)展趨勢，做出技術(shù)報告。

4.4 需要結(jié)合其他的分析診斷方法進行判斷。紅外熱成像技術(shù)可準確判斷設(shè)備接頭發(fā)熱等外部缺陷，但對于設(shè)備內(nèi)部缺陷的診斷還存在一定的難度;在判斷內(nèi)部缺陷時依據(jù)紅外導則的要求，應靈活運用各種適合的分析診斷方法，同時結(jié)合具體設(shè)備的工況、內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行綜合診斷分析，參考電力設(shè)備預防性試驗數(shù)據(jù)，通過應用不同的判斷方法，避免對缺陷性質(zhì)定性不準。由于紅外熱像儀檢測的都是物體的表面溫度，而電氣設(shè)備內(nèi)部的溫度因結(jié)構(gòu)復雜不能準確測出，所以紅外檢測必須與其他的測量技術(shù)和科學方法結(jié)合起來，才能更好地發(fā)揮其作用。

5 結(jié)語

文章通過理論聯(lián)系實踐的方法，首先對紅外診斷技術(shù)的應用原理和應用特點進行分析，以些為理論基礎(chǔ)，對其應用進行探究，取得了良好的效果，并提出了其實踐工作中應用的建議，以期促進紅外診斷技術(shù)的推廣，并為變壓器狀態(tài)檢修方法的使用提供借鑒。

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作者簡介:林晨(1983-02)、男、福建省連江縣人、本科、助理工程師、從事變電設(shè)備檢修管理工作。