紅外診斷技術(shù)在電氣設(shè)備管理中的應(yīng)用

尹小本

上海大屯能源股份有限公司發(fā)電廠，江蘇 徐州 221611

紅外診斷技術(shù)在電氣設(shè)備管理中的應(yīng)用

尹小本

上海大屯能源股份有限公司發(fā)電廠，江蘇 徐州 221611

在電力系統(tǒng)普及、應(yīng)用和推廣紅外診斷技術(shù)，是電力系統(tǒng)發(fā)展和電力安全、提高供電可靠性和降損節(jié)能的迫切要求。文章闡述了電氣設(shè)備發(fā)熱的原因和熱故障種類，并詳細(xì)提出了紅外診斷技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的方法和注意事項(xiàng)。

電氣設(shè)備；熱故障；紅外診斷技術(shù)

electrical equipment; thermal fault; infrared diagnostic techniques

1 概述

電氣設(shè)備在導(dǎo)體連接不良、電場(chǎng)畸變及絕緣薄弱的地方都會(huì)產(chǎn)生熱故障，由于發(fā)熱的累積效應(yīng)，使發(fā)熱加重，設(shè)備的導(dǎo)電和絕緣性能逐漸下降，在一定條件下造成接地、短路等故障，并極易導(dǎo)致火災(zāi)事故。由于運(yùn)行人員不可能近距離對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行觀察，更不能觸摸帶電導(dǎo)體，因此電氣設(shè)備的早期過熱缺陷一般很難發(fā)現(xiàn)。傳統(tǒng)的熱故障診斷辦法在實(shí)際使用中存在局限性，只能測(cè)整體或個(gè)別熱點(diǎn)溫度，容易發(fā)生誤判和漏檢，尤其是早期熱故障不能被發(fā)現(xiàn)。而應(yīng)用紅外診斷技術(shù)，可以十分精確地對(duì)設(shè)備整體溫度變化進(jìn)行測(cè)量，方便地找到設(shè)備上發(fā)熱超限或異常部位，且工作效率高。

2 電氣設(shè)備發(fā)熱原因與熱故障分類

電氣設(shè)備在正常運(yùn)行情況下，將部分電能以不同的損耗形式轉(zhuǎn)化為熱能，從而使設(shè)備溫度升高。這些電能的損耗主要包括：電阻損耗（電流效應(yīng)引起的發(fā)熱）、介質(zhì)損耗（電壓效應(yīng)引起的發(fā)熱）和鐵損（電磁效應(yīng)引起的發(fā)熱）。這些發(fā)熱是不可避免的，在設(shè)計(jì)、制造等環(huán)節(jié)中已經(jīng)考慮設(shè)備運(yùn)行時(shí)允許的溫度升高。但在運(yùn)行過程中，由于受到大電流、高電壓的沖擊，環(huán)境污染、氣溫變化等不利因素的影響，在設(shè)備的外部或內(nèi)部的某些薄弱部位往往出現(xiàn)不正常的發(fā)熱或溫度分布異常，并發(fā)展成熱故障。

通常發(fā)熱分外部、內(nèi)部致熱兩類：外部致熱大多數(shù)是因電氣接頭長(zhǎng)期暴露在大氣中，金屬導(dǎo)體表面受電化學(xué)腐蝕及因熱脹冷縮接觸面壓力減小使導(dǎo)體連接部位接觸不良，形成較大的接觸電阻，其發(fā)熱功率取決于接觸電阻與通過的電流；少數(shù)是因表面污穢或機(jī)械力作用造成外絕緣性能下降，其發(fā)熱功率取決于外絕緣的絕緣電阻與泄漏電流。內(nèi)部熱故障主要發(fā)生在導(dǎo)電回路和絕緣介質(zhì)上，其內(nèi)部發(fā)熱機(jī)理因設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)的不同而異，一般可概括為：導(dǎo)體連接或接觸不良、介質(zhì)損耗增大、電壓（場(chǎng)）分布不均勻或泄漏電流過大、因絕緣老化、受潮、缺油等產(chǎn)生局部放電、磁回路不正常等。

3 電氣設(shè)備熱故障的識(shí)別

3.1 外部熱故障的判斷

外部熱故障的致熱部位是裸露的，可用熱像儀直接測(cè)溫，如圖1所示。其測(cè)量值與實(shí)際的溫度值差別不大，一般可根據(jù)測(cè)得的溫度值或溫升值，按照GB/T 11022-1999《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備共同技術(shù)要求》規(guī)定的溫度和溫升極限，以及DL/T 664-1999《帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則》中的相對(duì)溫差判斷法來判斷缺陷的嚴(yán)重程度。

表1 外部熱故障檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)（熱點(diǎn)與最低溫度點(diǎn)溫差） 單位℃

圖1 熱像儀測(cè)外部熱故障

3.2 內(nèi)部熱故障的判斷

內(nèi)部熱故障也可用熱像儀測(cè)溫，如圖2所示。與外部熱故障不同的是，內(nèi)部熱故障由于其致熱部位被封閉，小部分熱量可能通過導(dǎo)體傳遞到外部，大部分要通過空氣、油、SF6或絕緣紙等介質(zhì)，再通過金屬箱體或瓷套傳到其表面，所以其測(cè)量值與實(shí)際的溫度值差別一般較大。由于設(shè)備本身結(jié)構(gòu)和致熱因素比外部熱故障要復(fù)雜些，對(duì)此類故障的判斷分析也顯得困難些。應(yīng)根據(jù)DL/T 664-1999導(dǎo)則中的同類比較法和熱譜圖比較法來判斷，不宜按GB/T 11022-1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度和溫升限值或DL/T 664-1999導(dǎo)則中的相對(duì)溫差判斷法來判斷。如對(duì)于變壓器高壓充油套管的發(fā)熱問題，致熱部位有外部接頭處、將軍帽內(nèi)部導(dǎo)電桿與螺母的連接處、導(dǎo)電桿與過渡引線的連接處、過渡引線與線圈的連接處等，判斷時(shí)應(yīng)首先確認(rèn)是內(nèi)部還是外部發(fā)熱，如是內(nèi)部發(fā)熱，根據(jù)套管的熱譜圖，仔細(xì)分析致熱部位是在將軍帽內(nèi)還是套管下部引線。一般內(nèi)、外部接頭的高溫過熱都會(huì)影響到套管表面溫度的變化，通過熱譜圖分析是可以確認(rèn)致熱源的。只要確認(rèn)是內(nèi)部缺陷，必須盡快停電檢查處理。

圖2 熱像儀測(cè)內(nèi)部熱故障

通過對(duì)實(shí)測(cè)的207例熱故障統(tǒng)計(jì)分析，大多數(shù)屬于外部熱故障，最突出的是室外鋁質(zhì)導(dǎo)體連接部位、高壓隔離閘刀斷口、設(shè)備與母線連接部位，銅鋁導(dǎo)體連接部位最容易生產(chǎn)熱故障，占到82.6%，內(nèi)部致熱僅發(fā)現(xiàn)12例。在供電行業(yè)故障統(tǒng)計(jì)中，內(nèi)部發(fā)熱比例很少，這也說明我國電氣設(shè)備質(zhì)量在不斷提高。

4 電氣設(shè)備熱故障的早期發(fā)現(xiàn)

現(xiàn)行的電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)、檢修制度，方法簡(jiǎn)單易行，但存在不夠全面、容易發(fā)生誤報(bào)等缺點(diǎn)。趨勢(shì)預(yù)測(cè)法根據(jù)設(shè)備特征量和特性參數(shù)隨時(shí)間變化趨勢(shì)來判斷設(shè)備狀態(tài)。研究表明，用趨勢(shì)預(yù)測(cè)法能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期熱故障，主要方法和步驟如下：

1）按設(shè)備運(yùn)行周期排查。通常把設(shè)備運(yùn)行周期分為初期、穩(wěn)定期和劣化期三個(gè)階段，其狀態(tài)簡(jiǎn)單分為正常、異常、故障、事故四種。⑴初期階段：故障率高。原因是設(shè)備制造、安裝和調(diào)試存在問題會(huì)暴露，相關(guān)人員對(duì)設(shè)備的操作和維護(hù)需要有一個(gè)適應(yīng)的過程。⑵穩(wěn)定期：故障低。原因是上述問題已解決，會(huì)出現(xiàn)突發(fā)性故障。⑶劣化期：設(shè)備逐漸老化，故障率開始上升。

2） 合理選取診斷參數(shù)，運(yùn)行年限、負(fù)荷電流、導(dǎo)體材質(zhì)等對(duì)可能發(fā)生熱故障的條件預(yù)先排查摸底。電氣設(shè)備一般在運(yùn)行初期和將到使用年限（電氣設(shè)備的使用年限一般為20～30年）時(shí)，最容易發(fā)生故障。原因是設(shè)備剛投運(yùn)，必然會(huì)暴露出制造、安裝和調(diào)試中的遺留問題，設(shè)備運(yùn)行多年因老化性能下降，出問題的概率就高，因此對(duì)這些設(shè)備的檢測(cè)必須認(rèn)真、細(xì)致，同時(shí)要知道設(shè)備構(gòu)造，知道哪些部位容量產(chǎn)生熱故障，將測(cè)量結(jié)果與原始資料對(duì)比，通過綜合分析，找到熱故障的起因。

3）選擇性能優(yōu)良的檢測(cè)設(shè)備和適宜的檢測(cè)時(shí)機(jī)。對(duì)于電壓致熱設(shè)備而言，如當(dāng)電壓互感器整體溫升超過2～5℃時(shí)，避雷器整體溫升1～2℃時(shí)，就表明設(shè)備存在問題需要處理。如測(cè)量?jī)x器性能不高，誤差大，就發(fā)現(xiàn)不了安全隱患。同時(shí)還需選擇對(duì)儀器干擾最小的天氣和設(shè)備最可能暴露缺陷的時(shí)段測(cè)量。因?yàn)樘鞖鈱?duì)紅外成像測(cè)量影響很大，太陽光的直射會(huì)使被測(cè)溫度偏高，光的反射和漫射和紅外波相近，形成干擾，風(fēng)速過快使散熱加快，溫度偏低，同時(shí)空氣中的粉塵、濕度都對(duì)紅外線干擾，因而須選擇在早晨或晚上無風(fēng)晴朗的天氣，同時(shí)還要考慮在上述條件下的什么時(shí)間設(shè)備所帶負(fù)荷最大，至少負(fù)荷是在不小于30%的情況下進(jìn)行測(cè)量。如負(fù)荷很低，一般早期的熱故障在小電流時(shí)是檢測(cè)不到的。

4 )正確解讀檢測(cè)數(shù)量。一般用相對(duì)溫差法和同類比較相結(jié)合的辦法來判斷是否存在早期缺陷。原因是采用測(cè)量同類設(shè)備（特別是同一間隔的同類設(shè)備）的對(duì)應(yīng)點(diǎn)相對(duì)溫差值的方法，可排除某些相同因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，如負(fù)荷電流、風(fēng)速、大氣溫度、相對(duì)濕度、測(cè)量距離、發(fā)射率選擇等對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)診斷設(shè)備的狀況極為有用。

5 )從嚴(yán)定性充油和封閉設(shè)備熱故障。因?yàn)槌溆突虺銼F6的電流互感器、套管接頭的異常發(fā)熱，特別是高溫過熱，可能造成的后果是：一方面會(huì)導(dǎo)致密封的破壞，出現(xiàn)漏油、漏氣，甚至進(jìn)水受潮，危及主絕緣的安全；另一方面會(huì)導(dǎo)致電流互感器和套管等的內(nèi)部壓力增大，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)爆炸。我公司某廠內(nèi)的一臺(tái)主變壓器因6KV樁頭發(fā)熱使密封件開裂，變壓器油從樁頭處滲漏，當(dāng)發(fā)熱樁頭受大電流沖擊時(shí)產(chǎn)生高溫（或電弧）引燃變壓器油，幸而因撲救及時(shí)才沒有造成多大損失。從現(xiàn)有的技術(shù)條件分析，發(fā)現(xiàn)充油和封閉設(shè)備的熱故障是一個(gè)難點(diǎn)，除了用紅外成像儀觀察外，還需采用溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，否則很難在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)熱故障。

5 電氣設(shè)備熱故障的檢測(cè)周期

檢測(cè)周期應(yīng)根據(jù)電氣設(shè)備的重要性、電壓等級(jí)、負(fù)荷率、運(yùn)行歷史、環(huán)境條件等具體情況確定。實(shí)踐證明，按以下周期對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)較為適宜：

⑴變配電設(shè)備每年在系統(tǒng)負(fù)荷高峰期進(jìn)行兩次紅外診斷普查。

⑵對(duì)35KV及以上線路至少每年全面到位的紅外診斷普查一次。

⑶對(duì)重要的樞紐變電站、過負(fù)荷運(yùn)行的設(shè)備、超期運(yùn)行陳舊的設(shè)備，在普查的基礎(chǔ)上適當(dāng)縮短檢測(cè)周期。

⑷大修后及新投運(yùn)的電氣設(shè)備，應(yīng)在24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行一次紅外檢測(cè)，作為長(zhǎng)期運(yùn)行的資料。

6 結(jié)束語

紅外診斷技術(shù)對(duì)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行是一種十分有效和必要的檢測(cè)手段，通過紅外檢測(cè)能準(zhǔn)確判斷運(yùn)行設(shè)備的某些發(fā)熱故障，做到防患于未然，有效地減少設(shè)備事故、降低維護(hù)費(fèi)用，提高用電可靠性。

[1]DL/T 664-1999.帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則[S]

[2]關(guān)志成，等．絕緣子及輸變電設(shè)備外絕緣[M]．北京：清華大學(xué)出版社.2006

The Application of Infrared Diagnostic Technique in Management of Electrical Equipment

Yin Xiaoben
Shanghai Datun Energy Co. power plant, Jiangsu Xuzhou 221611

Application and promotion of infrared diagnostic techniques in power system is urgent requirements of development of power system and power security, improvement of power supply reliability, and of energy conservation. In this paper, causes heat and thermal fault type of electrical equipment is introduced, and Infrared diagnostic techniques in the practical application of methods and precautions is presented in detail.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.085

尹小本：出生年1973、男、籍貫：安徽壽縣、現(xiàn)供職單位：上海大屯能源股份有限公司發(fā)電廠供電技術(shù)科、職稱：工程師、研究方向：供電一次設(shè)備管理。