變電設備典型發熱缺陷分析處理

曾家斌 馬 駒 廖 云

（四川省電力公司自貢電業局，四川 自貢 643000）

引言

電氣設備的紅外測溫技術是一項簡便、快捷的設備狀態在線檢測技術，具有直觀、準確、靈敏度高、快速、安全、應用范圍廣泛等優點，在不停電、不取樣、不接觸、不解體的情況下能夠快速實時地監測和診斷設備運行狀況，對保障電氣設備安全運行和推進狀態檢修具有重要作用。

1 自貢電業局紅外測溫情況

自貢電業局按照《帶電設備紅外診斷技術應用導則》要求，開展了大量的紅外測溫檢測診斷工作，取得了較好效果，總結出了一套具體的紅外測溫技術及電氣設備發熱缺陷診斷方法。我局采用颯特HY-G90紅外熱成像儀。該設備具有焦平面熱像成像，全平面測溫精度為±2℃，誤差為±2%，屬目前世界上較為先進的一種機型。通過本年度的紅外測溫普查，發現、處理各變電站40余處接點（部位）的發熱缺陷，有力地保證了電網安全運行。另外，為了配合節假日及迎峰度夏保電工作及其他重要保電工作，我局還有針對性地安排了紅外測溫工作。根據紅外測溫情況，分析紅外成像圖發現的問題，自貢變電站設備發熱的缺陷主要表現為以下幾種類型：

1、斷路器、隔離開關等一次設備與導線、母線的連接處；

2、高壓電力電纜頭與一次引流線的連接處；

3、變壓器套管握手式線夾處；

4、隔離開關出線座、動靜觸頭處；

5、電容器組放電線圈的內部；

6、少油開關設備線夾接續管內部；

7、穿墻套管處。

2 典型測溫案例分析

2.1、線夾接觸不良等電流致熱型故障

圖1 T型線夾紅外成像圖

2009年03月30日傍晚在對向家嶺變電站進行紅外測溫時發現#2主變202 SF6開關B相T型線夾處溫度達101.73℃，A、B相為51.82℃，當時#2主變的負荷電流為250A，環境溫度為22℃，相對濕度為60%（見圖1）。A、B兩相對應T型線夾的溫差為：

Δt=T1-T2=101.73-51.82=49.91℃

根據《帶電設備紅外診斷技術應用導則》缺陷分類及處理規定：導流設備相對溫差值在35%～80%之間時為一般缺陷，對近期安全運行影響不大，可列入年、季度檢修計劃中消除。由于A、B兩相相對應T型線夾的溫差為49.91℃，存在著一定的安全隱患，同時為了能更好的迎峰度夏，自貢電業局安排在一周內盡快處理。檢修人員在對發熱點現場查堪時，發現該處T型線夾和引流線氧化嚴重，2根鋁線斷股，一緊固螺栓沒有安裝彈簧墊圈并帶有輕微的松動現象。分析原因為：因一緊固螺栓沒有安裝彈簧墊圈，使得其T型線夾接觸面和散熱面積減小。由于長期的大負荷運行，使得其發熱故障逐漸積累。又由于該引流線采用的是鋼芯鋁線，而鋼芯鋁線的允許溫度為70℃。導線因為過負荷而發熱后，會使金屬抗拉力強度降低，當表明溫度超過70℃，長期處在相對適度比較高的環境中時（周圍環境相對濕度一般在50～75%之間），鋁接觸面氧化開始加劇，從而導致T型線夾和引流線嚴重氧化。由于嚴重氧化，使得引流線的表明電阻增大，根據焦耳定律Q=I2Rt知道，在負荷一定的情況下，電阻越大，其發熱越嚴重，于是形成惡性循環。當鋁線溫度超過100℃時（銅線超過150℃，鋼線超過300℃），其拉力強度會迅速下降。導線及接頭長期發熱，會使金屬慢性退火，從而降低導線的機械強度，使導線拉長變細，在引流線自身重量和風力舞動作用下，最終導致氧化嚴重的2根鋁線在T型線夾外3cm處斷股。檢修人員采取如下處理方法：打磨處理線夾連接部位，涂電力復合脂；鋸除引流線輕微斷股部分；緊固件更換為加強型螺栓，并特別注意彈簧墊圈和平墊圈的加裝及緊固到位。恢復投運后，紅外測溫跟蹤檢測一周，發現該處發熱故障消除。如果我們沒有及時停電消除該處發熱缺陷，其自身的發熱惡性循環在很短一段時間就會暴露出來，到時會因鋁線部分過渡疲勞而完全斷股，最終使引流線完全斷線，給電網運行造成不可挽回的損失。通過本次缺陷的處理，我們可以發現，其根本原因就是當時安裝施工時，工人的一個不經意的微小失誤造成的。這就需要我們的安裝施工人員具有更高的覺悟和更認真的工作態度。

圖2 出線電纜銅鼻子紅外成像圖

2.2、10 kV高壓電力電纜頭銅（鋁）鼻子與一次引流線的連接處發熱

2009年4月19日傍晚在對110kV長土變電站時，發現10kV長建線B相出線電纜銅鼻子溫度異常（見圖2）。根據紅外測溫情況，該發熱點Max溫度是66.73℃，A、C相相對溫度為 32.23℃，相對溫差 Δt＝34.5℃，屬一般性熱故障。檢修人員現場處理時發現，該電纜鼻子為銅鼻子，線路為銅鋁過渡線夾，接頭接觸面未搪錫。由于銅鋁接頭、鋁導線與銅接點連接未加銅鋁過渡接頭以及接觸面沒有鍍銀或搪錫，就會因其表面接觸電阻較大而發熱。當電纜處于大負荷運行時，該接觸面發熱加劇，從而導致接觸面氧化的加快，進而又導致接觸電阻增大，發熱更嚴重，形成惡性循環。據此，檢修人員采取了處理銅鼻子接觸面、更換線路銅鋁過渡螺栓線夾的方法，迅速消除了該發熱缺陷。查閱該電纜歷年帶負荷情況，發現其帶大負荷的時間不很多，所以其發熱故障積累的比較緩慢，平時帶小負荷運行時難以發現。因此在前兩年的紅外普查時，未找出該處發熱缺陷的存在。通過這個實例，我們不僅要加強安裝人員在工作時的責任感和各種微小的細節的處理，同時也讓我們注意到紅外測溫時間選擇的重要性。在對各個變電站一次設備設備進行每年一次的紅外測溫普查時，要根據變電站負荷變化情況有針對性的安排時間，盡量選擇大負荷時間段，這樣才能更好、更準確、更及時的發現某些潛在的缺陷。

2.3、35 kV電容器組放電線圈發熱

圖3 35kV電容器組放電線圈紅外成像圖

該設備為500kV洪溝變電站35kV#1-1電容器組A相放電線圈,根據紅外測溫情況，Max溫度是40.58℃（見圖3）。根據《帶電設備紅外診斷技術應用導則》規定中關于發熱缺陷故障等級分類標準判斷，該設備缺陷屬于一般性熱故障，可以不作特別處理。但通過對紅外熱成像圖的仔細研究分析發現，此放電線圈發熱部位與相鄰參照物溫差達20℃，發熱點位于套管內部，且此類放電線圈曾發生多次故障，結合以上情況綜合判斷，該故障點位于放電線圈內部，疑為內部線圈燒損。正常運行時，放電線圈是個電感XL，與電容器并聯。當電容器運行時，放電線圈電抗很大。相當于開路。當電容器開關斷開，交流電壓為零，放電線圈電抗變小，只有阻抗，快速釋放電容器上剩余電荷。當放電線圈因某處絕緣強度不足時，由于放電線圈運行中會產生強大的交變電磁場，短路閉環在此強大交變電磁場的作用下，產生一個數倍于其額定電流的感應電流。這一強大電流將使短路閉環局部嚴重過熱，并進一步損壞其周圍絕緣，使放電線圈中形成局部短路閉環，于是在套管內部產生嚴重發熱現象。為保證設備安全運行，立即請示生技部安排停電檢查處理，通過對放電線圈進行直流電阻測試，發現該放電線圈直流電阻值為無窮大，而正常值應為3～4kΩ，確認內部線圈已燒斷，立即進行更換處理，避免了一起設備連環損壞事故的發生。

結論

紅外診斷技術是一種非常快捷有效的在線檢測手段。在使用紅外熱成像儀工作中，不僅要對已形成共識的大電流的設備、長期在高溫下運行的設備、頻繁操作的設備進行重點檢查，還要隨時觀測一些不太明顯、溫差不大等表面現象，準確了解各種電氣設備內部結構和工作原理，同時還要對各種紅外測溫圖像匯總并進行綜合分析，不斷總結和積累一些典型的溫度數據。通過對紅外測溫發現的問題進行分析和反省，今后要加強對電氣設備接觸部分的檢修管理，嚴格檢修標準，不斷提高工藝水平，確保設備的安裝及檢修質量。相信通過不斷努力，設備發熱缺陷將會大大減少，迎峰度夏期間消除設備發熱缺陷的壓力也將得到緩和。隨著紅外測溫工作的不斷規范化、制度化，紅外熱成像儀將作為我們準確判斷設備許多缺陷和隱患的重要手段之一，電氣設備的突發性故障將大大減少，為我局電網設備安全運行提供保證。

[1]帶電設備紅外診斷技術應用導則 [M].北京：中國電力出版社，1999.

[2]胡紅光.電力紅外診斷技術作業與管理[M].北京:中國電力出版社，2006.

[3]李曉剛，付冬梅.紅外熱像檢測與診斷技術[M].北京:中國電力出版社，2006.