變壓器紅外檢測系統設計與應用探索

摘要：2007年以來國家電網公司全面推進和不斷深化電網設備狀態檢修，以設備運行狀態為核心，實現了從“到期必須”到“應修必修、修必修好”的轉變。目前獲取設備狀態信息的主要手段有巡視、試驗和在線監測，然而紅外檢測可對電力設備的內、外部發熱缺陷進行檢測，具有不停電、安全、準確等特點，同時可以發現其他手段無法發現的故障隱患，然而其缺乏相應的信息管理支撐，造成紅外測溫譜圖管理、對比分析、故障查找等不便。基于設備標準缺陷的紅外檢測系統不但可以節約大量的診斷時間，同時對紅外檢測報告案例進行管理，具備提交缺陷進入生產管理系統的功能，實現缺陷的閉環管理，提高了變壓器運維檢修效率。

關鍵詞：狀態檢修；紅外檢測；基于標準缺陷；缺陷管理

作者簡介：張聲圳（1986-），男，福建龍巖人，南京南瑞集團公司信息通信技術分公司，工程師。（江蘇 南京 211106）肖嶸（1973-），男，上海人，上海電力科學研究院，工程師。（上海 200433）

中圖分類號：TM4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）26-0208-02

大型電力變壓器是電網傳輸電能的樞紐，是電網運行的主設備，其健康穩定地運行對保證電力系統可靠的必要條件。國網公司制定了一系列的巡視、檢修、試驗規范來指導運維檢修工作。然而有些故障隱患通過常規手段并不易被發現，如套管漏油引起的套管發熱、變壓器漏磁形成局部過熱等。

紅外檢測是利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得物體的紅外熱像圖的一種技術。其優點有不停電、不取樣、非接觸、操作安全等，可以實時、快速、準確對電力設備進行狀態監督。通過對診斷出的缺陷進行閉環管理，開展狀態檢修，可及時有效地發現各類設備的故障隱患，保證電網和設備的安全運行。

2008年，國家發改委發布了DL/664-2008《帶電設備紅外診斷應用規范》，其中從檢測要求、操作方法以及診斷方法和依據進行了詳實的介紹。然而該規范并未對具體設備的故障類型進行歸納，平時各運維檢修部門對紅外檢測的歷史數據也未進行綜合的歸納管理，造成“知識浪費”。本文結合上海電科院紅外檢測相關項目的應用，從變壓器的紅外檢測數據錄入、輔助分析以及案例歸納等方面對如何高效利用紅外歷史檢測數據提高工作效率進行了介紹。

一、變壓器過熱故障及原因

電力變壓器根據電磁感應原理進行能量的轉換和傳輸，其主要由鐵芯、繞組、外殼、套管、分接開關、儲油柜、冷卻器和控制柜等組成。

變壓器過熱性故障按照性質主要有電路過熱、磁路過熱以及附件過熱。過熱性故障都是一個緩慢逐漸發展成絕緣故障的過程，其運行過程中通常會以套管端部、油箱表面以及連接部位的發熱等現象表現出來。

變壓器過熱故障按照位置可分為外部發熱故障和內部發熱故障。外部發熱故障的特征是以局部過熱的形態向其周圍輻射紅外線，包括各種裸露接頭、連接件的熱故障，其紅外熱像顯示出以故障點為中心的熱場分布。內部發熱故障的發熱過程一般都很長，且為穩定發熱，與故障點接觸的固體、液體和氣體將發生導熱、對流和輻射，其中與其相連接的導體是良好的導熱體，從而將內部故障所產生的熱量不斷地傳送到外殼，改變了設備外表的熱場分布。

變壓器過熱故障的原因主要如下：一是人為因素。設計、施工不當，導致連接部分的接觸電阻增大、接觸不良造成發熱。二是環境因素。長期處在溫差變化大、污染嚴重的環境，造成絕緣介質老化，介損增大造成發熱。三是設備缺陷原因。主要有導磁部件由于絕緣不良等原因造成漏磁造成局部渦流過熱，設備漏油造成套管發熱。

變壓器過熱的部位主要如下：套管的將軍帽與外部接線或內部導電桿連接處；套管內部存在絕緣不良；套管缺油；電容式套管末屏接地不良；變壓器散熱器運行異常；變壓器漏磁造成箱體局部過熱；絕緣子表面因污穢造成局部放電。

二、變壓器標準缺陷及處理建議

綜上所述，常見的變壓器過熱故障及原因將變壓器的重點診斷部位歸納如下：變壓器箱體、油枕、套管（整體）、套管底座、套管柱頭、箱體螺絲、散熱器、潛油泵、風扇電機。

標準缺陷及處理建議表如表1所示。

三、基于標準缺陷的變壓器紅外檢測

1.設計思路

根據上文歸納的標準變壓器缺陷及重點診斷部位，對變壓器的紅外診斷如下規定：

（1）首先對變壓器整體進行相應的紅外檢測，若發現局部過熱（尤其螺栓）則進行局部檢測。

（2）對油枕進行檢測，如發現溫度異常，與箱體進行溫度對比。

（3）套管（整體），對于三相同體的變壓器首先對三相在同一視野內進行溫度對比檢測，分別對單個套管進行紅外檢測。

（4）套管底座和套管柱頭檢測方式同（3）。

（5）對散熱器進行整體檢測，如有熱點超標進行局部詳細檢測。

（6）潛油泵檢測，并判斷熱點是否超標。

（7）風扇電機做整體紅外檢測，若有熱點超標則進行局部檢測。

根據以上7條紅外檢測原則對變壓器進行相應的標準化檢測，同時對相應的紅外譜圖以及環境溫度進行相應的錄入對比，并上報相應的缺陷進入閉環管理流程。

2.功能設計

基于標準缺陷的變壓器紅外檢測系統功能架構如圖1所示。

（1）紅外數據錄入。本系統是基于生產管理系統進行的功能開發，根據9個部位上傳相應紅外檢測譜圖，同時對于存在熱點超標的上傳局部詳細譜圖，同時錄入現場的環參數。系統根據DL/T 664-2008中定義的表面溫度判斷法、同類比較判斷法、圖像特征判斷法和相對溫差判斷法等對變壓器表面以及三相套管等部件進行相應的診斷，同時可以調取典型譜圖庫的相似案例進行對比分析。

（2）紅外檢測報告。根據錄入的相關變壓器紅外檢測相關數據自動生成檢測報告，其中包括各個部位的紅外譜圖以及局部細節譜圖，并對相應定量數據進行缺陷分級（根據DL/T 664-2008將其定義為一般、嚴重和危急），并對變壓器9個部位的運行溫度健康狀況進行歸納分析。

（3）缺陷上報。為檢測報告功能模塊分析出部位的缺陷提供上報頁面，其中包括變電站、設備名稱、電壓等級、設備相位、環境溫度、負荷電流、額定電流、熱點溫度、溫升、溫差、相對溫差、故障特征、缺陷分析以及處理意見等，其中處理意見為根據表1中的缺陷類型對應的處理建議。通過該模塊可將通過紅外檢測發現的變壓器缺陷上報生產管理系統，進入缺陷發現處理的閉環管理過程，提高設備運維檢修效率。

（4）缺陷統計分析。根據設備類型（從大類、家族、型號、同廠家型號逐級縮小）、缺陷類型等關鍵因子對紅外檢測出的缺陷進行歸納分析，從而能從全網范圍內發現存在某種家族缺陷或設計、制造、材料等方面的共性缺陷。該信息對于變壓器運檢以及設備招標具有重要的指導意義。

四、結語

國家電網公司從2006年以來組織全網范圍內開展輸變電設備狀態檢修工作。為實現設備精細化檢測和精益化管理，必須利用有效監測和分析診斷技術獲取設備狀態信息，然而目前在線監測數據準確性有待提高，試驗周期過長；紅外檢測作為試驗、在線監測之外獲取變電設備狀態信息的一種輔助手段，具有便于操作以及準確的優點。此外，本系統已經在上海電科院設備狀態評價中心投運，有助于提高運行檢修人員紅外檢測譜圖管理能力、設備故障判斷的準確度、缺陷分析能力。

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（責任編輯：王祝萍）