利用紅外測(cè)溫技術(shù)診斷500 k V主變高壓套管漏油缺陷

劉希峰，馮新巖，林 峰

（山東電力集團(tuán)公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250021）

0 引言

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，許多設(shè)備存在著各種各樣的缺陷，它們或多或少都會(huì)通過(guò)不同的發(fā)熱量，或者改變熱分布場(chǎng)等特征表現(xiàn)出來(lái)。因此，紅外熱成像技術(shù)在電力系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，依靠其直觀、精度高、不停電對(duì)設(shè)備無(wú)影響、遠(yuǎn)距離非接觸測(cè)量、安全等優(yōu)勢(shì)，迅速發(fā)展成為電力系統(tǒng)最重要的一項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)。

1 紅外診斷套管漏油的理論分析

變壓器油紙電容型套管漏油缺陷是嚴(yán)重影響變壓器安全運(yùn)行的一項(xiàng)嚴(yán)重缺陷。套管缺油后，會(huì)使頂部部分電容屏露出油面。由于空氣擊穿電壓遠(yuǎn)低于絕緣油，露出油面的電容屏?xí)r間一長(zhǎng)很容易擊穿。而未擊穿的電容屏由于場(chǎng)強(qiáng)增大，超過(guò)其設(shè)計(jì)值，也會(huì)逐漸擊穿，最終導(dǎo)致套管內(nèi)部整體擊穿，甚至引起爆炸造成事故。因此，對(duì)于電容型套管，一旦發(fā)現(xiàn)漏油，應(yīng)立即處理。

運(yùn)行中變壓器套管較難發(fā)現(xiàn)的漏油現(xiàn)象是通過(guò)套管底部法蘭滲漏到變壓器本體中，這類缺陷通常靠現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)檢查油位計(jì)是否正常來(lái)發(fā)現(xiàn)。但因套管油位計(jì)安裝位置較高，觀測(cè)不清晰，且有時(shí)會(huì)出現(xiàn)假油位現(xiàn)象，單靠觀測(cè)油位計(jì)并不可靠。應(yīng)用紅外成像診斷漏油缺陷，準(zhǔn)確率可達(dá)100%。

當(dāng)套管漏油導(dǎo)致油位明顯降低時(shí)，因油與空氣分界面上下介質(zhì)的熱物性參數(shù)不同（變壓器油導(dǎo)熱系數(shù)為0.1186，空氣導(dǎo)熱系數(shù)為0.027，彼此相差4倍，且熱容量和吸熱性能也不相同），必然在油面處形成一個(gè)較大的溫度梯度，從而使得缺油或存在假油位的套管在實(shí)際油面處形成一個(gè)有明顯溫度突變的清晰熱像特征（圖1）。一般情況下，缺油部位在熱像上顯示低溫區(qū)。但當(dāng)漏油較嚴(yán)重，時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，露出油面的電容屏產(chǎn)生放電，使得在漏油的低溫區(qū)可能出現(xiàn)一個(gè)因放電形成的局部發(fā)熱圖像［1］。因此通過(guò)紅外熱場(chǎng)分布及熱像特征，可準(zhǔn)確判斷套管是否存在缺油現(xiàn)象。

需要注意的是，500 kV及以上油紙電容型套管，外絕緣瓷套多數(shù)采用2～3節(jié)瓷套粘合做成。有些廠家生產(chǎn)的套管可能因上下節(jié)瓷套所用材質(zhì)不一樣，導(dǎo)致紅外觀測(cè)到的套管圖像中某個(gè)粘合部位也出現(xiàn)一個(gè)較明顯的溫度分界點(diǎn)，造成套管缺油的紅外熱像假象（圖2）。因此，在判斷缺油時(shí)，還應(yīng)觀察套管頂部?jī)?chǔ)油柜的溫度，缺油的套管儲(chǔ)油柜溫度要比正常套管溫度低。

圖1 B相高壓套管熱相圖

圖2 下部瓷套材質(zhì)不同的套管熱相圖

2 變壓器套管漏油診斷分析

2.1 缺陷發(fā)現(xiàn)過(guò)程

2012年6月11日，工作人員在進(jìn)行某變電設(shè)備紅外測(cè)溫時(shí)發(fā)現(xiàn)2號(hào)主變B相高壓套管圖譜異常，套管油位計(jì)顯示低油（圖3），外部未見滲漏痕跡。

圖3 B相高壓套管油位指示

6月16日晚，再次對(duì)該套管進(jìn)行復(fù)測(cè)，測(cè)溫圖片如圖4。

雖然B相高壓套管油位計(jì)指示未到底部，但從測(cè)溫圖片上顯示，B相高壓套管上溫度分界線已接近外瓷套高度的一半，并不處于瓷套粘和部位（該瓷套由三節(jié)高度相等瓷套粘合而成），且其與其它正常套管相比，儲(chǔ)油柜溫度明顯偏低，綜合判斷該套管嚴(yán)重漏油。

圖4 B相高壓套管復(fù)測(cè)熱相

圖5 A相高壓套管熱相圖（正常參考）

為了保證安全，立即將該變壓器停電并進(jìn)行了檢查及電氣試驗(yàn) ，試驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1 停電電氣試驗(yàn)結(jié)果

單從電氣試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，電容量變化率及主絕緣介損值均滿足規(guī)程要求。電容型套管在一般缺油情況下，電容量會(huì)有較小的減小，但是漏油嚴(yán)重也會(huì)導(dǎo)致部分電容放電擊穿，又使得電容量增大，同時(shí)測(cè)試時(shí)由于放電等原因也會(huì)造成介損增長(zhǎng)。此次測(cè)試電容量與前次相比有1.5%左右的增長(zhǎng)，介損也增大了17%左右。因此電容量及介損測(cè)試雖符合規(guī)程要求，但不能排除套管存在漏油缺陷的可能。為了進(jìn)一步驗(yàn)證測(cè)溫結(jié)果的準(zhǔn)確性，在套管頂部注油孔處對(duì)油位進(jìn)行了實(shí)際檢查，發(fā)現(xiàn)實(shí)際油位已經(jīng)降到套管外瓷套高度的一半左右，與紅外測(cè)溫結(jié)果一致，證實(shí)了測(cè)溫結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

由于該套管法蘭處無(wú)取樣口，頂部油位下降太多，未能取套管油樣進(jìn)行色譜分析。

6月20日，對(duì)該套管進(jìn)行了更換。拆下的舊套管發(fā)現(xiàn)底部鋁合金壓環(huán)處有五處裂紋環(huán)繞分布（圖6）。由于套管油位高于變壓器油枕油位，套管內(nèi)部油正是通過(guò)這五處裂紋滲漏到變壓器內(nèi)部。

圖6 舊套管底部壓環(huán)損壞情況

2.2 缺陷分析及預(yù)防措施

該套管為拉桿式結(jié)構(gòu)，由穿在套管導(dǎo)電桿中間的一根拉桿將連接在引線上的活動(dòng)螺帽與套管底部銅螺母緊密壓在一起構(gòu)成套管與引線的連接。與常規(guī)螺栓連接引線的結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)安裝、更換非常方便，僅需放掉很小一部分油。但該套管底部使用的鋁合金壓環(huán)為一大隱患，同型號(hào)套管壓環(huán)損壞現(xiàn)象在之前已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)兩次，經(jīng)過(guò)廠家調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)鋁合金壓環(huán)鉛含量相當(dāng)高（200～300 ppm），這些高含量的鉛導(dǎo)致鋁合金出現(xiàn)固體金屬脆化現(xiàn)象，產(chǎn)生的裂紋是在靜態(tài)載荷的作用下慢慢發(fā)生的。上述漏油套管下部壓環(huán)上均勻分部的5個(gè)裂紋也驗(yàn)證了套管底部并非受力不均造成損壞。目前，該套管廠家生產(chǎn)的高壓套管已經(jīng)采用了新方案，去掉了鋁合金壓環(huán)（圖 7）。

圖7 新套管底部結(jié)構(gòu)

一般情況下套管底部出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象后，由于套管為全密封結(jié)構(gòu)，依靠套管頂部較好的密封，套管中油位下降會(huì)很緩慢；但隨著年限的增加以及密封圈的老化，頂部密封逐漸變壞，從而導(dǎo)致油位的快速下降。

該套管漏油現(xiàn)象嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到變壓器的安全運(yùn)行。由于本次測(cè)溫準(zhǔn)確、及時(shí)，處理果斷，避免了事故的發(fā)生，保證了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，公司已采取措施，對(duì)采用此結(jié)構(gòu)的變壓器套管進(jìn)行排查，加強(qiáng)對(duì)套管油位情況檢測(cè)，以便再次出現(xiàn)此問題時(shí)及時(shí)處理。

3 結(jié)語(yǔ)

不能簡(jiǎn)單的單純通過(guò)油位計(jì)及外部有無(wú)滲漏現(xiàn)象來(lái)判斷設(shè)備是否缺油。在此案例中，套管漏油嚴(yán)重的情況下，油位計(jì)也僅僅剛進(jìn)入紅色區(qū)域，易造成假象。應(yīng)該充分利用紅外測(cè)溫，檢測(cè)油位實(shí)際情況。

作為紅外測(cè)溫診斷技術(shù)人員在發(fā)現(xiàn)小溫差的設(shè)備發(fā)熱的情況時(shí)，要認(rèn)真分析，判斷其內(nèi)部故障的可能性。對(duì)設(shè)備的發(fā)熱情況要結(jié)合測(cè)溫時(shí)的實(shí)際環(huán)境和設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行方式進(jìn)行綜合分析。

常規(guī)電氣試驗(yàn)對(duì)油紙電容型套管缺油的缺陷靈敏度反應(yīng)不高。有研究證明，在油紙電容型設(shè)備中，即使油全部漏光，電容量減小也不超過(guò)10%。且由于露出油面的電容較容易擊穿，電容量減小現(xiàn)象更不明顯，甚至可能會(huì)出現(xiàn)增大現(xiàn)象。此案例也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。此問題可通過(guò)進(jìn)行額定電壓下介損試驗(yàn)觀察電容量變化趨勢(shì)來(lái)解決，但利用紅外測(cè)溫技術(shù)，則可以更好的彌補(bǔ)這一點(diǎn)。

［1］陳衡，侯善敬．電力設(shè)備故障紅外診斷［M］．北京：中國(guó)電力出版社，1999．

［2］DL／T664－2008 帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范［S］.

［3］DL／T393－2010輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程［S］.