基于紅外測溫技術的電力設備內部缺陷分析及處理

國網宿州供電公司 曹飛翔/文

引 言

紅外診斷是一種對運行中的電力設備進行非接觸無損檢測和故障診斷方式，通過對電力設備運行現場大面積溫度分布場的掃描和局部缺陷的定點測溫，能夠及時而準確地發現和診斷運行電力設備的事故隱患和故障先兆。電力系統的絕大多數設備故障、異常，最初都伴隨著局部或整體的過熱或溫度分布相對異常，由于紅外測溫技術是對設備表面輻射的紅外光像進行非接觸、遠距離熱成像檢測，不受電場干擾，具有直觀、準確、靈敏度高、快速、安全、應用范圍廣等特點，能通過熱像分布判斷電力設備內部缺陷部位，已成為設備健康狀態監測和故障診斷的重要手段。

1 實例分析一

1.1 缺陷的發現及跟蹤監測情況

5月31日，在迎峰度夏期間，試驗人員發現220kV某變電站#1主變35kV C相套管整體性發熱，最高溫度點40.8℃，如圖1所示。根據圖譜初步分析發熱點很可能在導電桿下部，套管上部的溫度是由導電桿下部傳導而來。隨后，試驗人員進行了不間斷的紅外跟蹤檢測，截止到7月18日紅外線測試顯示溫度無明顯增長趨勢。7月19日紅外線跟蹤測試發現，C相套管溫度有明顯增長趨勢，最高溫度達到62.9℃，如圖2所示。

同時于6月10日安排了化驗人員對該臺主變取油樣，進行了色譜分析，分析數據合格，并與2010年5月13日油色譜分析數據比較，無異常變化，具體數據如表2所示。

圖1 35kV C相套管紅外圖譜（5月31日）

圖2 35kV C相套管紅外圖譜（7月19日）

為進一步判斷缺陷發展情況，7月20日化驗專業人員進行了該主變油色譜分析，數據如表2所示，發現變壓器油中甲烷(CH4)和乙烯(C2H4)有較快增長，故可以判斷為變壓器存在典型的內部過熱性缺陷。

1.2 缺陷處理及診斷分析情況

8月31日，試驗人員對該主變進行了檢查性試驗，絕緣、介損、泄漏試驗數據合格正常，但發現35kV繞組AC、BC相間直流電阻超標，數據如表1所示，三相不平衡率為10.7%，遠遠超出規程要求。因此根據紅外圖譜及試驗數據可以判斷，35kV C相套管導電桿下部連接處接觸不良，導致直流電阻增大。

在拆下該套管導電密封頭后，發現繞組接線連板、壓接螺帽、平墊片及引線和導電密封頭相互接觸的螺牙處已有放電和過熱燒損的痕跡。如圖3、圖4所示。用銼刀對燒傷處進行了處理，用油砂紙對接線連板、壓接螺帽、平墊片及導電桿絲牙進行了打磨處理，在接觸面上涂上導電膏，并在接線連板上部加裝定位螺帽，然后恢復安裝。

在套管解體后，對#1主變低壓側直阻進行了分解試驗，AB兩相測試鉗夾在各相導電桿上硬導線樁頭處，C相測試鉗夾在C相繞組軟連接處，即跨過導電桿，結果測試數據合格，由此判定問題出在導電桿下部連接部位。隨后檢修人員對缺陷部位進行了修復處理，組裝后再次測試，直流電阻數據合格。具體測量數據如表1。

8月31日，缺陷處理前進行了變壓器油色譜分析，從分析數據看，甲烷(CH4)和乙烯(C2H4)較7月20日有緩慢增長趨勢，說明缺陷有了進一步增長趨勢。處理后隨即對變壓器油進行了簡化、微水、色譜分析，各項數據合格。具體數據如表2。

圖3 繞組接線連板發熱圖

圖4 平墊片燒傷圖

表1 直流電阻試驗數據

技術人員分別于9月1日、9月3日，對該臺主變進行了紅外跟蹤測試，3 5 k V C相套管溫度恢復正常。至此，該變電站220kV1#主變35kV C相導電桿重大發熱缺陷得以徹底消除，確保了電網主設備的安全穩定運行。

1.3 原因分析

該套管型號為BFW-35/1250-4F，繞組接線連板與導電桿為穿纜式螺帽壓接結構，這種結構的繞組接線連板設計上存在缺陷，下部有兩個螺帽，一個壓接螺帽，一個定位螺帽，而上部只有一個螺帽，沒有定位螺帽，壓接不可靠。此類套管導電桿上部雖然有固定銷槽，但間隙太大，在拆接線及套管檢修時，導電桿仍然跟著左右轉動易導致壓接螺帽松動，引起發熱現象發生。這次故障的原因是在變壓器運行過程中，變壓器的振動使螺紋之間的靜摩擦力減小，由于沒有定位螺母和定位銷的固定，繞組引線接頭的扭矩逐漸釋放，即引線產生自轉，于是螺紋連接的壓力減小，接觸電阻增大，因此必然產生熱故障。

表2 1號主變油中色譜分析數據

1.4 建議及整改措施

圖5 #2主變35kV側引線避雷器紅外圖譜

1.4.1 積極利用設備特巡紅外測溫，對此類結構的套管排查，并列入停電計劃進行檢查檢修。

1.4.2 對排查有問題的套管進行技術改造，改成連接可靠的板式結構。

1.4.3 積極與制造廠家交流溝通，反映此類套管的結構缺陷，進行完善化改造，從根本上解決此類問題的發生。

2 實例分析二

2.1 缺陷的發現及跟蹤監測情況

8月12日，試驗人員在對220kV某電站進行紅外檢測工作時，反復測試發現#2主變35kV側A相引線避雷器溫度異常，同等部位，A相避雷器與C相避雷器相差3.5℃，如圖5所示。該避雷器的型號：YH5Wz-51/134W，廠家：西安電瓷研究所，出廠時間：2009-04-01，投運時間：2010-12-20，金屬氧化物避雷器。

2.2 缺陷處理及診斷分析情況

參照《帶電設備紅外診斷應用規范》DL/T664-2008附錄B電壓致熱型設備缺陷診斷判據表B.1電壓致熱型設備缺陷診斷判據：設備類別和部位為35kV氧化鋅避雷器本體的熱像特征為正常為整體輕微發熱，較熱點一般在靠近上部且不均勻，多節組合從上到下各節溫度遞減，引起整體發熱或局部發熱為異常；故障特征為閥片受潮或老化；溫差為0.5-1K。診斷此設備發熱屬于嚴重缺陷。

隨后立即將紅外線檢測結果向上級部門報告，并于2015年8月19日，公司安排停電對隴海變電站#2主變35kV側三相引線避雷器進行更換，并對原來有缺陷的避雷器進行試驗，試驗數據如表3所示。

試驗數據表明A相避雷器嚴重受潮老化。隨即，對A相避雷器進行了解體，解體情況如圖6-8所示。

2.3 原因分析

該避雷器解剖后氧化鋅閥片表面存在的白色粉末狀物質應是閥片進水受潮后發熱產生的遺留物，受潮造成避雷器絕緣水平下降，使泄漏電流增大；當內部不能保持足夠干燥時加速閥片老化，在頂部彈簧及每節閥片的壓接處，發現有金屬銹蝕痕跡，說明避雷器內部閥片發生一定程度氧化。

表3 2號主變35kV側引線避雷器試驗分析數據

圖6 解體后避雷器閥片

圖7 頂部彈簧

圖8 第一片閥片

2.4 建議及整改措施

2.4.1 由于氧化鋅避雷器的密封性是由制造廠工藝控制，質保體系保證的，現場安裝檢修人員無法判斷，這就需要制造廠提高制造工藝，嚴把出廠質檢關。

2.4.2 技術人員應加強巡視，按照運行要求，對泄漏表指示異常的避雷器，應及時通知檢修人員進行帶電測試，通過帶電測試來判斷避雷器是否正常運行。

2.4.3 在對避雷器的運行狀況進行檢測時，可以利用紅外測溫儀對運行中的各型避雷器表面各部分的溫度進行相互比較，若發現避雷器各個部件的溫度出現不正常的發熱程度，就可以判定其避雷器存在不正常的不熱特點以及受潮缺陷。技術人員應該及時進行跟蹤監測或者試驗，以保證避雷器的正常運行。

3 結束語

隨著智能電網的發展，紅外測溫診斷技術作為一種檢測電力設備熱缺陷的先進測溫技術，能通過熱像分布判斷電力設備內部缺陷部位，已成為設備健康狀態監測和故障診斷的重要手段。

但由于紅外線的穿透能力較弱，而且不同材料、氣溫等環境因素對輻射率的影響也比較大，紅外測溫對發現導電回路外部發熱缺陷十分直觀有效且判斷準確成熟，對電氣設備內部絕緣整體受潮、老化、介損偏大、內部連接件接觸不良及其他內部缺陷，較難準確分析判斷，現場監測時內部缺陷易被忽視。

運行中要加強巡視，并嚴格按照規程規定檢測周期對設備進行測試，發現問題時采用多種手段進行綜合分析。技術人員不斷的積累測試經驗、提高分析能力，結合試驗、化驗等診斷方法來分析設備缺陷故障，保障電網的安全、穩定的運行。