基于紅外測溫的電力設備故障分析

山東科技大學電氣與自動化工程學院　胡世杰　孔凡超國家電網濟南市供電公司　張燦華

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基于紅外測溫的電力設備故障分析

山東科技大學電氣與自動化工程學院胡世杰孔凡超
國家電網濟南市供電公司張燦華

介紹了紅外檢測技術的基本原理以及在變電設備缺陷分析中的應用。以隔離開關、避雷器為例分析了典型的設備發熱故障的原因，總結了變電運維中得出的關于設備發熱的實踐經驗，為更好地保障設備運行提出了合理化建議，以求得從根本上減少設備的發熱缺陷，對今后的變電運維工作有一定的參考價值，對于電網的平穩運行有著重要意義。

紅外；變電站；電氣設備；帶電檢測；設備發熱

1　什么是紅外診斷技術

電力設備在運行時通常會伴隨著升溫發熱，而發熱的程度會直接反映出設備的運行狀態，因此對電力設備的溫度檢測是狀態評估中必不可少的一項工作。紅外診斷技術的基本原理是，在設備正常運行時，在遠距離、不停電、不接觸、不取樣和不解體的情況下，通過紅外探測設備，獲取設備內外部的的熱量分布狀況，然后通過適當的判據對熱量分布狀況進行分析，從而確定設備故障的位置、嚴重程度等信息。當前，對變電設備發熱缺陷的發現以紅外檢測和帶電測試（超高頻和超聲局放測試）為主，以傳統的外觀檢查、夜間巡視、參考冰雪融化情況等方式為輔，最大程度的保障了電網的安全運行，也減少了電網運行維護的成本。

2　濟南供電公司的紅外診斷工作

濟南電網是山東電網的重要樞紐骨干。截至2015年10月，濟南市供電公司管轄有500千伏變電站六座，220千伏變電站28座，110千伏變電站83座，35千伏及以上變電站313座，變電容量2500.4萬千伏安。對變電設備的運行維護是保障濟南電網正常運行的極為重要的一環。

自濟南供電公司開展紅外測溫工作以來，變電運維人員中多次檢測出了電力設備的安全隱患，尤其發現了許多常規方法無法檢測的故障，避免了電網重大事故的發生，保障了電網的正常運行。公司始終堅持把正常運行變電設備的檢測和高溫高負荷等情況下的特殊巡測相結合，一般330kV及以上變電站的紅外檢測每兩周進行一次，220kV變電站每月一次，110kV及以下變電站每季度一次，對于重載線路、老舊設備會適當增加檢測次數。在出現惡劣天氣、高峰負荷和有重要保電任務時，也會相應進行特殊巡視。新投運的設備、經過大修或改建的設備會在投運后的一個月內進行檢測，以確保電力設備安全隱患的提早發現。此外，部分變電站還配置了智能機器人巡檢系統，在保障檢測質量的同時極大地減輕了班組人員的巡視負擔。

3　現場發熱缺陷分析

3.1避雷器

避雷器是用來限制雷擊過電壓的重要電氣設備，在發生雷擊時，它通過利用氧化鋅良好的非線性伏安特性，使得電阻急劇下降，泄放過電壓的能量，以達到保護的效果。2015年11月27日某供電公司對全站220KV、110KV設備進行紅外測溫時，發現除某220KV線路B相避雷器外，其它設備均無異常。環境溫度為-5度，光團位置溫度為9度，鄰相相同位置溫度為5度，根據《帶電設備紅外診斷應用規范》DL/T664-2008的規定，（10-60kV）氧化鋅避雷器的溫差為0.5-1K，在線檢測儀指示正常，2016.1.27再次對相關設備進行紅外測試和帶電測試，結合前次發現的異常情況進行重點測試。環境溫度為-4度，較熱的部位溫度為8.8度，鄰相相同部位溫度為6.9度，從B相上節局部和下節整體的溫度都比A，C兩相的對應部位的溫差1-2K左右。依據DL/T664-2008的規定，結合兩次有效的紅外測溫的結果分析，B相避雷器的溫差明顯高于其余兩相相同位置，且與其它兩相的溫差大于1K，判定屬于異常狀態。

對該避雷器進行阻性帶電測試，測試結果與紅外檢測結果一致，同時發現A相在線檢測儀指針卡在指示位置上。B相避雷器紅外熱圖較鄰相對應位置溫差大于1K；屬于異常。B相避雷器全電流有所增長，約為正常相1.5倍；阻性電流顯著增長，約為正常相的4.7倍，屬于嚴重缺陷。

2016.1.28對原B相避雷器進行檢查試驗：（1）外觀檢查：發現兩節上部螺栓孔處有積水，金屬端蓋大面積銹蝕；（2）測量絕緣電阻試驗：發現上節數值不穩定，5秒-60秒其間，數值從38G-75G之間交錯上升；下節絕緣電阻5秒內達到200G（滿量程）；（3）直流U1mA參考電壓和75%U1mA參考電壓下的泄露電流試驗：上節直流U1mA參考電壓僅為38.5kV。下節直流U1mA參考電壓為157.4kV-157.3kV-157.2kV，呈下趨勢；75%U1mA參考電壓下的泄露電流為17-18-19-20uA，呈上升趨勢，均證明了設備已經嚴重受潮劣化。避雷器處于運行狀態時，其泄漏電流的阻性分量遠遠小于容性分量，通常只占總全電流的10%-20%，在設備出現缺陷時，阻性電流的增加是引起設備發熱的主要原因，如果處理不及時甚至會導致避雷器爆炸。該設備于2008年1月投運，距今有8年時間，試驗表明，該設備長期運行導致了緊固部件受潮生銹，密封性下降，空氣中的水分大量進入到避雷器內部空腔，內部受潮絕緣下降，有功損失分量增加，阻性電流和全電流增大，最終導致避雷器發熱。在今后的變電運維工作中，要加大對避雷器外觀的檢查，特別是螺絲、墊片等密封部分，雷雨比較多的地區和運行時間較長的設備更要格外注意，以保證避雷器的安全運行。

3.2隔離開關

隔離開關用于電力設備的投入與退出，使用率極高，因而故障率也比其他電力設備更高，是變電運維工作中的重點監測對象。隔離開關可以看作是兩個并聯支路，接觸電阻大的支路，通過的電流較小，發熱輕；接觸電阻小的支路，通過的電流較大，發熱嚴重。兩個接觸點都發熱，說明兩個接觸點均接觸不良；一個發熱、一個不發熱，則只能說明不發熱的點接觸情況比發熱點接觸情況更糟糕。

在隔離開關發熱缺陷的紅外圖像中，熱量通常以刀口壓接彈簧為中心向四周散布。此時1號主變中性點刀閘處于合閘位置，中性點直接接地。檢修人員使用變電站接地線打并聯接地線，測量并聯接地線電流5.0A，原回路接地電流1.1A，接地電流合計6.1A。220kV系統為大接地電流系統，中性點運行中只流過很小的不平衡

電流。當系統發生單相接地故障時，中性點流過單相接地短路電流，其數值可達正常運行時中性點不平衡電流的上千倍，達到上萬安培。短路電流流過接觸不良中性點接地刀閘，將嚴重燒損刀閘。1號變以外220kV設備單接地也可能導致1號主變中性點接地刀閘損壞誘發的設備故障。此類過熱類缺陷不能簡單套用標準中設備連接點發熱的缺陷判據，在缺陷認定時應考慮其實際運行電流與單相接地故障短路電流的巨大差異、系統發生單接地時短路電流對設備的損毀可能性、誘發其他設備故障的可能性等因素。

4　結論

紅外診斷技術可以直觀的發現設備發熱缺陷的位置，實現故障隱患的提早發現，但對于發熱原因還需要通過帶電檢測或停電試驗來確定。在實際工作中對設備故障判斷時不能簡單套用技術標準，還要參考設備實際工作狀況綜合加以分析。

胡世杰，山東科技大學碩士研究生。

孔凡超，山東科技大學碩士研究生。

張燦華，濟南市供電公司變電運維室副班長。