電力帶電設(shè)備內(nèi)外部故障的紅外診斷研究及應(yīng)用

摘要:利用紅外測溫技術(shù)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備外部連接點的發(fā)熱隱患，在電網(wǎng)和城市配網(wǎng)中已有了廣泛應(yīng)用，文中通過作者十余年遠紅外測溫技術(shù)的實踐，分析了紅外成像技術(shù)在監(jiān)測和發(fā)現(xiàn)電力設(shè)施內(nèi)部隱患和缺陷方面所發(fā)揮的作用，并列舉了常見的變壓器、斷路器、氧化鋅避雷器及電容器等變電設(shè)備運用遠紅外測溫技術(shù)診斷的實例。

關(guān)鍵詞:紅外測溫 電網(wǎng) 設(shè)備 缺陷 診斷

0 引言

隨著電力工業(yè)向高電壓、特高電壓、大機組、大容量的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)對安全可靠運行提出了越來越高的要求，因此對電力設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測、故障診斷受到了高度重視。紅外成像技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測、設(shè)備故障診斷、安全保護等方面正發(fā)揮著越來越重要的作用，特別是其檢測的遠距離、不接觸、準(zhǔn)確、實時、快速、準(zhǔn)確的特點，在不停電不取樣不解體的情況下能快速實時地監(jiān)測和診斷設(shè)備運行狀況，從而得到快速發(fā)展。紅外測溫技術(shù)作為電力設(shè)備在線監(jiān)測的一項行之有效的技術(shù)手段，它能及早有效的發(fā)現(xiàn)和診斷運行中電力設(shè)備的事故隱患和故障先兆，以便采取措施，減少并避免電力設(shè)備因過熱故障所引發(fā)的突發(fā)性設(shè)備事故，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 電力帶電設(shè)備內(nèi)外部故障的紅外診斷

當(dāng)前，電力工業(yè)正處在大電網(wǎng)、大機組、大電廠、超高壓、現(xiàn)代化方向的發(fā)展時期，設(shè)備維修不能再采用經(jīng)歷多年的“事后維修”、“定期預(yù)防維修”方式，開始向“狀態(tài)維修和預(yù)知維修”的方向發(fā)展。

80年代后期，一些電力中試所引進國外紅外熱像儀開展外部缺陷紅外診斷，并對高壓輸電線路導(dǎo)線連接件及劣化線路絕緣子進行直升飛機紅外航測試驗和研究，取得了不少成功的經(jīng)驗。90年代許多電力單位開始購置儀器開展紅外檢測，有些電力試驗研究單位對各類高壓電氣設(shè)備內(nèi)部故障開始了研究。

目前應(yīng)用的紅外診斷裝置還屬于便攜式簡易裝置，通過巡查、檢測進行設(shè)備的故障診斷，近年來“變電站綜合監(jiān)測、監(jiān)視、監(jiān)控系統(tǒng)”在有些單位出現(xiàn)，它配以熱像遙視監(jiān)控系統(tǒng)、可見光攝像機等組成的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從紅外原理分析，由于紅外技術(shù)的特殊性在只通過1～2臺熱像儀要完成全部的紅外檢測還不能達到預(yù)期目的。

我們常將由發(fā)電廠的發(fā)電機、關(guān)電線路、變電所設(shè)備、配電網(wǎng)絡(luò)和電力用戶的用電設(shè)備連接而成的整體稱為電力系統(tǒng)。從整個系統(tǒng)分析，紅外診斷技術(shù)已在下述范圍得到應(yīng)用。

電氣設(shè)備的紅外診斷 電力系統(tǒng)電氣設(shè)備中，導(dǎo)流回路連接故障;電氣設(shè)備絕緣故障;磁回路漏磁或絕緣局部短路引起局部環(huán)流或渦流發(fā)熱;絕緣瓷瓶故障等等會導(dǎo)致設(shè)備運行中溫度或溫度分布異常，可采用紅外測溫方式進行診斷，由于檢測必須在設(shè)備帶電狀態(tài)下才能有效，因此常稱為“帶電設(shè)備紅外診斷”。

以下內(nèi)容是在大量的紅外熱圖測試結(jié)果中，總結(jié)而出的一些應(yīng)用經(jīng)驗:引起變壓器套管在運行過程中發(fā)生故障通常是因為:局部放電、缺油、導(dǎo)電桿連接不良、套管表面積污嚴重、套管瓷質(zhì)不良和介質(zhì)損耗增大等原因引起。變壓器套管:對于高壓套管，不少故障是因為假油位造成主絕緣不良產(chǎn)生放電的。對于假油位，熱圖會有一明顯的油位層，如已發(fā)生放電，則有明顯的發(fā)熱區(qū)。變壓器箱體:變壓器本體在運行中通常會出箱體局部過熱、渦流、冷卻裝置及油路等故障。變壓器油枕:用紅外熱像儀對油枕運行檢測，可以看到油位的高低，油分界面清晰可見。電抗器:電抗器的故障可以分為:渦流、非渦流引起的箱體局部發(fā)熱和冷卻裝置及油路等缺陷。平波電抗器渦流引起內(nèi)環(huán)發(fā)熱。電抗器套管接頭:導(dǎo)管出口導(dǎo)體連接不良，漏磁引起的箱體渦流和冷卻裝置故障等。避雷器:避雷器的種類大概分為:閥型避雷器和氧化鋅避雷器。避雷器事故的原因是多種多樣的，有產(chǎn)品質(zhì)量問題，有長期運行內(nèi)部元件老化問題等等，但最常見的還是避雷器內(nèi)部進水受潮造成其閃絡(luò)。其中閥型避雷器的故障多為內(nèi)部受潮或并聯(lián)電阻斷裂，而氧化鋅避雷器的故障通常表現(xiàn)為內(nèi)部受潮(密封不良)和老化。

設(shè)備正常運行時，金屬氧化物避雷器和閥型避雷器最大的區(qū)別是:金屬氧化物避雷器的功率損耗較大，并且該功率損耗產(chǎn)生的溫度直接影響其預(yù)期運行壽命。內(nèi)部受潮和內(nèi)部元件老化是導(dǎo)致這類氧化物避雷器的主要原因。

電容器:電容器出現(xiàn)缺陷的原因:介質(zhì)損耗增大、內(nèi)部放電和缺油等。斷路器:斷路器分為少油斷路器和多油斷路器，它們出現(xiàn)缺陷的原因比較多。少油斷路器出現(xiàn)的故障大概為:外部接觸不良引起的導(dǎo)流過熱故障、絕緣瓷套內(nèi)部受潮、動靜觸頭接觸不良、缺油、中間觸頭接不良和靜觸頭基座接觸不良。而多油斷路器出現(xiàn)的故障為:外部接觸不良、內(nèi)部觸頭接觸不良和內(nèi)部受潮等。絕緣子串:瓷質(zhì)不良、污積、低值和零值是造成絕緣子出現(xiàn)故障的主要原因。互感器:互感器分為:電流互感器和電壓互感器。它們一般出現(xiàn)如下故障:絕緣故障、線圈和鐵芯故障、內(nèi)連接故障和缺油。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和軟件構(gòu)架

上圖為紅外視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件連線圖，從圖中可以看出，本次合同中共采用兩組攝像頭，每組攝像頭由一個紅外攝像頭和一個可見光攝像頭組成，一共是四個，每組攝像頭連接一個光端機，光端機的使用保障了圖像的穩(wěn)定性和高質(zhì)量，使其不會在電站強磁場的影響下發(fā)生信號干擾。兩個光端機連接到視頻服務(wù)器上，把圖像的信號傳送給視頻服務(wù)器，在經(jīng)過視頻服務(wù)器對視頻信號的壓縮和解碼之后，通過交換機傳輸?shù)脚c其相連的PC機上。這樣，通過運行紅外視頻監(jiān)控軟件，就可以看到視頻圖像。

3 結(jié)束語

由于電力設(shè)備的多樣性，在利用紅外線成像儀測溫工作中，不僅要對已形成共識的斷路器、隔離開關(guān)接頭等外部連接點進行重點檢查測溫，還要隨時觀察一些不太明顯的、溫差不大等表面現(xiàn)象，準(zhǔn)確了解電力設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，并對各種紅外線測溫成像圖進行梳理，歸納分析，不斷積累一些典型的溫度數(shù)據(jù)，建立各類電器設(shè)備的遠紅外測溫數(shù)據(jù)檔案。遠紅外技術(shù)的應(yīng)用不僅為了發(fā)現(xiàn)異常、缺陷和故障，而在于按規(guī)程要求進行缺陷的定性，查處電氣設(shè)備產(chǎn)生故障的成因。

紅外技術(shù)的診斷也有它的局限性，它是以對設(shè)備表面進行紅外掃描測溫為基礎(chǔ)的，又因為紅外輻射在固體中穿透能力極其微弱，對于設(shè)備內(nèi)部的某些故障，若因發(fā)熱功率太小，或因故障部位距設(shè)備表面太遠，使故障發(fā)熱不能在設(shè)備表面產(chǎn)生明顯的熱反應(yīng)，紅外方法就難以從設(shè)備外部監(jiān)測到內(nèi)部的運行技術(shù)狀態(tài)，就難以準(zhǔn)確的進行故障診斷。只有提高測試人員的素質(zhì)，不斷積累經(jīng)驗，從設(shè)備的外部發(fā)熱圖譜出發(fā)，結(jié)合其他測試數(shù)據(jù)，判斷設(shè)備的故障及類別，使紅外熱成像技術(shù)更好的為電網(wǎng)的安全生產(chǎn)服務(wù)。

參考文獻:

[1]姜世昌.紅外測溫技術(shù)[J].自動化儀表，1996，(04).

Jiang Shichang.The Infrared Measuring Technology for Temperature[J].Process Automation Instrumentation，1996，(04).

[2]姚學(xué)軍.紅外測溫原理與測溫技術(shù)[J].中國儀器儀表，1999，(01).

Yao Xuejun.The Principle and Application of the IR Measuring Temperature[J].CHINA INSTRMENTATION，1999，(01).

[3]楊武，王小華，榮命哲，賈申利.基于紅外測溫技術(shù)的高壓電力設(shè)備溫