紅外診斷技術在亭子口水利樞紐中的應用

李 盤

（嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川 蒼溪 628400）

1 工程概述

亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內，是嘉陵江干流的控制性骨干水利樞紐工程，開發任務以防洪、灌溉及城鄉供水、發電為主，兼顧航運，并具有攔沙減淤等綜合利用效益。水庫正常蓄水位458 m，總庫容40.67億m3，可灌溉農田19.476萬hm2，電站裝機容量4×275 MW，保證出力163～187 MW，設計年平均發電量29.67億～31.94億kW·h。

亭子口水利樞紐主接線采用的是發電機變壓器組聯合單元接線，500 kV采用角形接線，該接線方式簡單、清晰，投資最少，電站初期為1回出線、三角形接線，僅設3臺高壓斷路器。在這種發變組擴大單元接線方式下，單臺機組出現故障時就會影響到2臺機組的穩定運行，因此紅外診斷技術在亭子水利樞紐中的應用顯得特別重要。同時亭子口作為一個水利樞紐工程，負荷電流很少能夠在額定負荷下運行，針對這種情況采用了紅外診斷故障中的相對溫差法對其進行診斷。

2 電氣設備發熱類型

電氣設備在不同的運行條件和狀態下具有不同程度的發熱，這種現象稱為設備的熱狀態，熱狀態可分為正常和異常兩種情況。設備熱狀態的異常是因設備本身存在缺陷或故障所引起，如果設備長時間高溫運行，那么其穩定性、強度、絕緣性和導電性能都將受到影響和威脅。故掌握設備的表面溫度場分布以及設備的發熱趨勢曲線和溫升情況，同時結合不同設備的缺陷及故障情況，將有利于及時作出反饋。

2.1 電氣設備外部故障

電力設備的外部故障主要是指從設備外部可以直接觀測到的故障，可以分為兩類:長期暴露在大氣中的各種裸露電氣接頭因接觸不良等原因引起的發熱故障；由于機械力作用或表面污穢引起絕緣性能降低造成的過熱故障，如絕緣子劣化或嚴重污穢，引起泄漏電流增大而發熱。

2.2 電氣設備內部故障

電力設備的內部故障主要是指封閉在油絕緣、固體絕緣以及設備殼體內部的電氣回路故障和絕緣介質劣化引起的各種故障。故障出現在電氣設備的內部，無法從設備的外部直接檢測出來。

3 紅外診斷電氣設備缺陷及故障的方法

3.1 表面溫度判斷法

表面溫度判斷法主要適用于電流過大引起的發熱或者由于電磁效應產生的發熱設備，檢測和診斷比較方便、直觀。將所測得的設備表面溫度值與DL/T 664—2008《帶電設備紅外診斷應用規范》 中高壓設備相應部件等溫度和溫升極限的相關規定進行對比，并考慮負荷大小和環境氣候條件對檢測的影響。

3.2 同類比較判斷法

同比較判斷法是根據同組三相設備、同相設備之間及同類設備之間對應部位的溫差進行比較分析。電流過大引起的發熱設備檢測時可同時應用相對溫差判斷法。

對于型號規格相同的電壓致熱型設備，可根據其對應點溫升值的差異來判斷設備是否正常。電壓致熱型設備的缺陷宜采用允許溫升或同類允許溫差作為判斷依據。由于電壓致熱型設備的致熱參數（比如介質損）在出廠時可能與技術條件的規定值有一定的誤差，最大參數與最小參數之差取20%，再考慮檢測時存在一定的測量誤差，故同類設備的溫差不應超過允許溫升的30%，如果超過此規定，則說明設備有缺陷，而且由于故障發展快、危害性大，故應定為重大缺陷。一般情況下，當同類溫差超過允許溫升值的30%時，應定為重大缺陷；當三相電壓不對稱時，應考慮工作電壓的影響。

3.3 圖像特征判斷法

對于電壓致熱型設備建議采用熱譜圖分析法，根據同類設備在正常狀態和異常狀態下的熱譜圖差異來判斷設備是否正常。

3.4 相對溫差判斷法

電流致熱型設備的檢測一般采用相對溫差判斷法，不同的環境溫度或者不相同的設備負荷都會對設備溫度的檢測產生影響，此方法可以避免這些影響。尤其是對于負荷較小的電流致熱型設備，應用此方法可減小負荷缺陷的漏判，該方法在亭子口水利樞紐這種電站負荷較輕的情況有重要的現實意義。

紅外診斷工作中存在的一個普遍性問題是缺乏一個判斷設備缺陷的統一標準。目前，GB763—90《交流高壓電器在長期工作時的發熱》標準是電器設備進行型式試驗的一個技術標準，其規定的溫度和溫升是在規定的環境條件和額定負荷電流下的允許值，而實際運行電氣設備的環境條件差別較大，負荷電流也不太可能都在額定負荷下運行，故要滿足規范所要求的條件比較困難。若采用GB763—90《交流高壓電器在長期工作時的發熱》規定的溫度或溫升標準對小負荷下運行的設備進行溫度判斷，具有很大的局限性，有可能會誤判，導致一些溫度雖然不高，但相間溫度有較大差別 （如大于10 K），實際上已存在嚴重或緊急的缺陷沒有及時發現和處理，待高負荷時缺陷進一步發展惡化，不得不臨時申請停電處理，給生產運行帶來了十分不利的影響。

針對這一問題，提出了相對溫差法。所謂相對溫差，就是設備基本情況 （包括設備型號規格、安裝地點、表面狀態及負荷電流有效值或所加電壓有效值）相同的兩個對應測量點之間的溫差與其中較熱點溫升的比值的百分數。相對溫差的計算公式為

式中，τ1為溫度較高的測點的溫升值；τ2為溫度較低的測點的溫升值。

根據 《電力設備預防性試驗規程》的有關規定，求出各電氣設備的相對溫差的允許值，見表1。

表1 不同設備的相對溫差的判斷標準

需要特別說明的是，應對判斷設備是否正常考慮細一些，對判斷設備缺陷的嚴重程度考慮粗一些。當設備某一接觸點的接觸電阻值達到廠家規定值的5倍以上時，說明設備已經嚴重不正常，此時相對溫差大于80%，因此將δt＞80%定為重大缺陷；當接觸電阻值達到廠家規定值的20倍時，δt=95%說明設備的接觸情況非常壞，隨時都可能在瞬時大電流的沖擊下引發事故，應視同緊急缺陷來對待。之所以定為視同緊急缺陷來處理，是考慮設備的實際溫升并未超過GB763—90《交流高壓電器在長期工作時的發熱》的規定，允許通過采取一定的技術措施后再停電處理，以避免因緊急停電造成不必要的損失，目前很多單位都這樣處理。

3.5 檔案分析判斷法 （紅外臺賬圖譜比較法）

檔案分析判斷法是在建立健全的設備紅外檢測技術臺賬的基礎上，將設備的檢測數據與紅外技術臺賬記錄的數據進行比較判斷。通過分析設備在多個時間點的溫度變化情況，繪制設備發熱曲線圖，有助于判斷設備是否存在缺陷或故障。

3.6 實時分析判斷法

實時分析判斷法是使用紅外熱像儀對設備進行一定時間的連續跟蹤檢測，記錄檢測數據隨時間、負載等因素的變化情況。

4 結 語

在實際檢測中常存在兩個誤區:一是認識上的誤區，往往認為要等到基本滿負荷時檢測才有意義，才能發現設備缺陷，而低負荷測試沒有意義，這是一種片面的、不理解導則的表現；二是行動上的誤區，在檢測時把重點放在 “測溫”、尤其是查找 “高溫點”上，忽略了小負荷設備的檢測，目前檢測儀器都比較先進，溫度分辨率也都比較高，對于發現小電流下的 “低溫缺陷”和電壓致熱型設備的缺陷都非常有利。

紅外測溫技術適用于電氣設備的預防性維護和檢測，其具有獨特的應用優點:遠離被檢測設備，保證安全；測溫不接觸設備，保證設備的運行狀態不受影響；可以在設備區域進行大面積的掃描巡檢，大量節省時間和人力；測溫范圍寬、精度高等。利用紅外成像儀對發電廠電氣設備進行檢測能夠極早的、快速的發現設備缺陷及故障，有效地保證了設備安全可靠運行。

［1］DL/T 664—2008 帶電設備紅外診斷應用規范［S］.

［2］上海超高壓輸變電公司.超高壓輸變電操作技能培訓教材［M］.北京:中國電力出版社,2004.