運用紅外測溫技術進行電力變壓器故障診斷

任云明

摘要：在電力系統設備巡檢過程中，紅外測溫技術已經得到廣泛的應用，本文通過研究分析紅外測溫技術在電力變壓器故障診斷的應用，同時提出相應的政策建議，進而為推廣使用紅外測溫技術提供參考依據。

關鍵詞：紅外測溫儀 故障診斷 動態監控

1 概述

對于紅外測溫儀來說，其優點主要表現為快捷、方便、靈敏度高、非接觸性遠距離測量、無需使被測設備停運或解體等，憑借這些優點，紅外測溫儀在電力系統故障診斷中得到廣泛的應用，并且取得顯著的效果，進而為設備檢修奠定了基礎。同時為組織開展設備狀態維修創造條件，避免發生重大事故，進而在一定程度上提高了設備運行的可靠性。

在電力系統中，電力變壓器占有重要的地位，一旦出現事故，將會造成巨大的財產損失，同時產生不良的社會影響等，而且因其結構復雜，內部缺陷不易被發現，因此，在電力變壓器故障診斷中引入紅外測溫技術，具有重大意義。

紅外測溫儀依據普朗克輻射定律，通過紅外線測量被測目標的紅外輻射能量，經黑體標定，進一步確定被測目標的溫度。它按測溫范圍可分為三類：100℃以下，低溫測溫度；100～700℃中溫測溫儀；700～3200℃高溫測溫儀。

紅外熱電視是一種不需致冷而能熱成像的紅外檢測儀器，它的基本工作原理是：利用熱釋電攝像管（簡稱PEV）接收被測物體的紅外輻射能量，轉換成相應的電壓

信號后，再經過放大等一系列變換，最后轉換成全電視信號輸出、存貯和顯示物體的熱像。為診斷應用方便，國產熱電視在近年又采用單片機數據處理，設置為彩信號電路生成彩色熱像圖，大大提高了它的應用價值。

光機掃描熱像儀的關鍵部件有光學系統和機械掃描系統。它的基本工作原理是：將被測目標的紅外輻射，經光學系統匯聚、濾波、聚焦后，再通過機械掃描系統將聚焦后的紅外輻射按時間先后順序排列，達到紅外探測器上轉變為相應的電信號，再經視頻信號處理后送至顯示器上顯示或貯存器中存貯。

2 電氣設備故障的特征

通常情況下，電氣設備故障可以分為外部故障和內部故障，其特征主要表現為：①外部熱故障的特征。這種故障通常是以局部過熱的形態向周圍輻射紅外線，其顯現的紅外熱像圖以故障點為中心分布。所以，借助設備的熱圖像可以對存在的熱故障進行直觀地判斷，同時可以根據溫度分布情況對故障部位進行確定。②內部熱故障的特征。對于該故障來說，其發熱過程通常比較長，并且穩定發熱，與故障點發生接觸的固體、液體，以及氣體等都會發生不同程度的熱傳導、對流和輻射等。

3 紅外測溫技術在電力變壓器故障診斷中的應用

變壓器箱體因渦流損耗所造成的發熱：變壓器在漏磁的情況下會產生渦流損耗，它能引起變壓器箱體或部分連接螺桿發熱，其熱像特征是以漏磁穿過區域為中心，層次分明的不規則圓環。這種因渦流損耗所造成的箱體發熱其溫度一般不得超過95℃，如果超溫，需對變壓器進行停運檢修，這種缺陷可以通過采用加裝短路環的方式來消除漏磁現象。

3.1 變壓器內部熱故障的診斷

在變壓器內部，由于接觸不良等因素引起發熱時，在這種情況下可能導致變壓器箱體局部溫度升高。與變壓器因渦流損耗所引起的發熱相比，這種情況造成的箱體發熱的差別主要表現為熱譜圖不具有環流形狀，并且這類缺陷可以結合油色譜分析進行判斷。

3.2 變壓器油路管道堵塞

當堵塞變壓器油路管道時，會進一步制約變壓器的正常散熱，其熱像特征主要表現為：因未參加油循環，使得堵塞部分的管道或散熱器呈現低溫區，其它部分溫度相對較高，并且兩者的溫度存在明顯的差異，熱譜圖可以清楚地反映出來。

3.3 變壓器油枕或高壓套管缺油

運行中的變壓器經常出現油枕或高壓套管缺油，這種情況通過紅外測溫儀測溫后在熱譜圖上可以明顯地看出，在輻射的熱量方面，由于油枕或套管內油和氣有所不同，因此油氣分界面通過熱譜圖可以清楚地看到。

3.4 變壓器套管缺陷診斷

對于變壓器套管來說，其內部缺陷通常情況下可以分為三類，一類是tgδ因絕緣不良而增大，與正常相相比其熱像顯示本體溫度比較高；第二類是套管內部接觸不良，導致接觸電阻過大進而產生過熱，引起將軍帽局部發熱；第三類是套管泄漏或注油時，未排凈氣引發缺油現象，在無油處其熱像顯示溫度偏低。

我國各個地區和部門先后應用紅外測溫儀、紅外熱電視和紅外熱像儀，檢出變壓器大量故障、缺陷。

4 故障檢測情況

4.1 110kV變壓器出口穿墻套管接頭過熱的準確診斷

某110kV變壓器出口穿墻套管A與B兩相溫度正常為27℃，而C相溫度高達170℃，對此隱患及時消除，確保了變壓器的安全運行。

4.2 變壓器套管接頭過熱診斷

華北某變電站檢出#2主變壓器10kV側套管A相接頭溫度為202℃，也是由于緊固螺母松動引起的。

4.3 套管缺油診斷

在某電廠檢出#1主變B相110kV套管上端都 20cm區段內溫度偏低為22℃，而A、C兩相的相同位置為24℃，判定B相套管缺油。經檢修人員在停電后打開帽蓋檢查證實診斷正確。

4.4 套管將軍帽溫度熱場極不相同的診斷

在某變電站檢出#1主變110kV套管將軍帽的溫度熱場極不相同，A相為25℃，B相為46℃，C相為44℃。經停電檢查發現A相套管油位確在將軍帽以下位置。

4.5 變壓器內部低壓引線故障診斷

東北某電廠采用紅外熱像儀對一臺懷疑內部有故障的變壓器進行了成功的診斷。該臺設備油色譜檢測結果認為有 700℃以上的高溫過熱故障。

4.6 變壓器內部過熱故障診斷

河北電網在變電站的紅外檢測中，根據熱圖的異常，準確診斷出變壓器散熱器的閥門及氣體繼電器的油門均未打開的設備內部缺陷，及時消除變壓器的事故隱患。

4.7 變壓器套管內部過熱故障診斷

某變電站#2主變壓器為220kV，在負荷為額定容量一半時，紅外熱像檢出各相套管將軍帽的溫度相差很大，A相為34.7℃，B相為86.4℃，C相為35℃，診斷B相套管內部故障，建議停電檢修。解體檢修時發現B相套管穿線引線及穿纜頭的焊接質量粗糙，有嚴重的脫焊現象，造成B相套管內部過熱。

4.8 變壓器套管將軍帽嚴重過熱故障診斷

某臺 220kV主變壓器，在其未達額定負荷時，紅外檢出 A相將軍帽嚴重過熱，各相的同一部位溫度相差甚大，A相高達204℃，而B與C相的溫度還不到11℃。

4.9 變壓器套管內部漏油故障診斷

某臺220kV主變壓器，油色譜分析乙炔達到4.4PPm，總烴為227.3PPm，氫為159.8PPm，運行半個月后再次跟蹤色譜分析，結果是乙炔米降低，原因不明。后決定采用紅外熱像檢測，發現220kV套管的溫度三相異常，其中B相套管上部低于其余兩相的上都溫度，而B相套管的下部溫度又高于A、C兩相的下部，在再相套管高度2/5處有一明顯的分界面。初步診斷為B相套管缺油，明顯的界面即是套管的油面，它與油枕油面相同，說明該套管已與主變壓器油箱聯通，它的油已涌到油箱中了。經停電檢修，發現B相套管下部的密封墊已損壞，導致漏油，經更換后為套管補充油達20kg；另外，查出其發熱原因系由于油氣界面局部放電引起。

4.10 變壓器套管內部缺油故障診斷

西北某電廠110kV變壓器套管，在1995年7月檢測到B相套管本體溫度低于其他兩相溫度約達6K。分析該設備運行歷史，它曾在同年4月，為檢修其低壓側分接開關而放過油，故初步診斷該相套管存在缺油的缺陷，應安排計劃檢修。必須檢修的依據是，若因套管充油時忘記排氣的話，套管內存有氣體，氣體的臨界場強為25～30kV/cm，而變壓器油的臨界場強可達空氣的1～8倍，所以缺油的套管內部絕緣強度的安全系數大大下降，必須盡早補足絕緣油。

無論是運行中的舊設備，還是剛投運的新設備，或者是完成修理的設備，紅外測溫診斷技術同樣有效。利用紅外測溫診斷技術對運行中的舊設備進行檢查，可以找出失效部件，進一步降低它對整個系統造成的損害，延長設備的使用壽命，同時可以避免發生災難性故障，并且可以確定具體的修理部位，避免關閉整個系統；對于剛投運的新設備來說，通過紅外測溫診斷技術雖然不一定能找出嚴重的問題，但是可以為運行人員提供有價值的數據資料；對于那些完成修理的設備，利用該技術進行檢查，可以進一步確信它們工作的正常性，進而在一定程度上提高設備的工作效率。

參考文獻：

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基金項目：無線遠傳測溫模塊研究（寧工商科研2012）。