紅外成像測(cè)溫技術(shù)在變電站中的應(yīng)用

【摘要】隨著社會(huì)對(duì)電力供應(yīng)可靠性的要求越來(lái)越高，對(duì)電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求，變電站作為電能輸送的心臟，其安全穩(wěn)定運(yùn)行就越為重要，如何在不停電的狀態(tài)下檢測(cè)變電站電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況，預(yù)見(jiàn)電氣設(shè)備的健康狀況，紅外成像測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展為我們提供了一種先進(jìn)而有效的方法，本文將從電氣設(shè)備發(fā)熱類型、紅外成像測(cè)溫方法、判斷方法等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例分析，從技術(shù)和管理兩個(gè)方面闡述紅外成像測(cè)溫技術(shù)在變電站運(yùn)行中的應(yīng)用，為今后紅外成像測(cè)溫工作提出建議。

【關(guān)鍵詞】紅外成像測(cè)溫；發(fā)熱類型；變電站；電氣設(shè)備；測(cè)溫；判斷方法

1.引言

變電站運(yùn)行的電氣設(shè)備在日常運(yùn)行過(guò)程中，其通流和導(dǎo)磁部位會(huì)產(chǎn)生致熱效應(yīng)。正常情況下，致熱效應(yīng)不會(huì)影響設(shè)備的安全運(yùn)行。但往往由于出現(xiàn)故障而導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行的溫度狀態(tài)發(fā)生異常，這種異常，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電回路連接件燒損或毀壞：也可能使電介質(zhì)絕緣性能劣化，產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象直至喪失絕緣性能，最終釀成事故。傳統(tǒng)的試溫蠟片檢測(cè)的方法只能對(duì)導(dǎo)體導(dǎo)流部分的溫差大的發(fā)熱產(chǎn)生作用，對(duì)避雷器、電壓互感器等溫差小的電器設(shè)備往往不產(chǎn)生作用。而紅外成像測(cè)溫技術(shù)，對(duì)不同類型的發(fā)熱源都能較有效的進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)對(duì)紅外成像的分析，具有不停電、不取樣、不接觸、直觀、準(zhǔn)確、靈敏度高、快速、安全、及應(yīng)用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備的各種缺陷，從而為及時(shí)消缺搶得時(shí)間，提高了電氣設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

2.變電站電氣設(shè)備紅外成像測(cè)溫開(kāi)展的狀況

2005年以來(lái)，由于紅外成像儀的配置，我們的測(cè)溫手段由原來(lái)傳統(tǒng)的試溫蠟片、紅外線點(diǎn)測(cè)發(fā)展到紅外成像檢測(cè)，通過(guò)對(duì)電氣設(shè)備紅外檢測(cè)圖像的定量與定性分析，大大提高了設(shè)備測(cè)溫的效率及缺陷的發(fā)現(xiàn)率。從2005年開(kāi)始，我們?yōu)槊總€(gè)變電站或巡維中心配置一臺(tái)紅外成像測(cè)溫儀，并根據(jù)各個(gè)變電站在電網(wǎng)中的重要性及站內(nèi)電氣設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的結(jié)果，制定差異化的運(yùn)維策略，確定設(shè)備的運(yùn)維等級(jí)，對(duì)運(yùn)維等級(jí)高、運(yùn)行環(huán)境差、陳舊或有缺陷、大負(fù)荷運(yùn)行期間、方式轉(zhuǎn)變負(fù)荷突然增加的設(shè)備縮短紅外成像測(cè)溫的周期，提高測(cè)溫次數(shù)、對(duì)運(yùn)維等級(jí)低的設(shè)備適度延長(zhǎng)紅外成像測(cè)溫的周期，經(jīng)過(guò)多年的摸索與積累，變電站紅外成像測(cè)溫檢測(cè)工作有了長(zhǎng)足的發(fā)展，故障檢測(cè)和診斷水平不斷提高。

3.電氣設(shè)備發(fā)熱類型及主要成因

3.1 電流致熱型設(shè)備

電流致熱型設(shè)備的發(fā)熱是由電流作用在導(dǎo)電電阻上產(chǎn)生的，遵循P=R規(guī)律，此類發(fā)熱主要出現(xiàn)在導(dǎo)電部件的聯(lián)結(jié)、連接及接觸處。如電氣設(shè)備的導(dǎo)電回路中某些連接件、緊固件連接不良；接觸面不平整、聯(lián)結(jié)板沖孔后沒(méi)有倒角，銅、鋁過(guò)度板搪錫不完全，在水分的作用下形成原電池效應(yīng)，銅、鋁連接面被氧化銹蝕；或接觸面導(dǎo)電膏涂抹過(guò)多、不均勻、涂抹時(shí)使用布料使纖維混雜在導(dǎo)電膏內(nèi)；隔離開(kāi)關(guān)的觸子彈簧失壓等原因引起導(dǎo)流回路連接異常，就會(huì)引起接觸電阻增大，當(dāng)負(fù)荷電流通過(guò)時(shí)，導(dǎo)致局部過(guò)熱。

3.2 電壓致熱型設(shè)備

電壓致熱型設(shè)備的發(fā)熱是通過(guò)電壓作用產(chǎn)生的，遵循，此類發(fā)熱主要出現(xiàn)在電容器、互感器、避雷器、充油套管內(nèi)部介質(zhì)損耗及其瓷套管劣化等問(wèn)題上。如果電氣設(shè)備的絕緣部分出現(xiàn)性能劣化或絕緣故障，將會(huì)引起絕緣介質(zhì)損耗增大，在運(yùn)行電壓作用下也會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱。

3.3 綜合致熱型設(shè)備

綜合致熱型設(shè)備的發(fā)熱既有電壓效應(yīng)，又有電流效應(yīng)或者電磁效應(yīng)引起的發(fā)熱，此類發(fā)熱是各種效應(yīng)的共同作用下出現(xiàn)的過(guò)熱。

由上可知，許多電氣設(shè)備故障往往都以設(shè)備相關(guān)部位的溫度或熱狀態(tài)變化為征兆表現(xiàn)出來(lái)，因此，利用紅外熱成像儀對(duì)設(shè)備進(jìn)行紅外成像測(cè)溫成像，將物體發(fā)出的紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)的熱分布圖像，從而獲得設(shè)備的溫度及熱分布，通過(guò)直接觀察記錄紅外成像圖的變異，可以分析判斷設(shè)備可能存在的各種故障缺陷。

4.紅外成像測(cè)溫的方法

根據(jù)日常進(jìn)行紅外成像測(cè)溫的經(jīng)驗(yàn)與《DLT 664-2008帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》的要求，紅外成像測(cè)溫應(yīng)采取全面測(cè)溫與精確點(diǎn)測(cè)相結(jié)合的方法，具體為：首先遠(yuǎn)距離對(duì)所檢測(cè)電氣設(shè)備進(jìn)行全面掃描，發(fā)現(xiàn)異常后，再針對(duì)性的近距離對(duì)異常部位和重點(diǎn)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)，檢測(cè)完成后，記錄被檢測(cè)設(shè)備的實(shí)際負(fù)荷電流、額定電流、運(yùn)行電壓、被檢測(cè)電氣設(shè)備的溫度及環(huán)境參照體的溫度。

5.紅外成像測(cè)溫的判斷方法

5.1 表面溫度判斷法

在變電站電氣設(shè)備的紅外成像測(cè)溫中，此方法應(yīng)用比較廣泛，主要應(yīng)用于電流致熱型設(shè)備，表面溫度判斷法是通過(guò)紅外測(cè)溫直接讀取電氣設(shè)備的表面溫度，然后根據(jù)《GB/T 11022中高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備各種部件、材料及絕緣介質(zhì)的溫度和溫升極限的有關(guān)規(guī)定》進(jìn)行判斷，對(duì)于此方法的應(yīng)用最好在高負(fù)荷時(shí)進(jìn)行，一般在不低于30%的負(fù)荷時(shí)應(yīng)用。

5.2 同類比較判斷法

根據(jù)同組的三相設(shè)備、同相設(shè)備之間及同類設(shè)備之間對(duì)應(yīng)部位的溫差進(jìn)行比較分析，對(duì)于電壓致熱型發(fā)熱可以結(jié)合圖像特征判斷法分析，對(duì)于電流致熱型發(fā)熱可以結(jié)合相對(duì)溫差判斷法進(jìn)行分析。

5.3 圖像特征判斷法

只要適用于電壓致熱型設(shè)備，主要是將不同時(shí)期檢測(cè)的紅外成像圖進(jìn)行比較，通過(guò)與正常運(yùn)行狀態(tài)下的圖像進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)異常。但應(yīng)用此中方法應(yīng)盡量排除各種因素的干擾，例如在相同的環(huán)境參數(shù)下、相同的狀態(tài)下進(jìn)行，必要時(shí)應(yīng)結(jié)合電氣預(yù)防性試驗(yàn)開(kāi)展。

5.4 相對(duì)溫差判斷法

此方法主要是針對(duì)電流致熱型設(shè)備，特別是適用于小負(fù)荷電流致熱型設(shè)備，采用相對(duì)溫差判斷法可以降低小負(fù)荷缺陷的漏判率。

6.電氣設(shè)備發(fā)熱缺陷診斷判據(jù)

變電站電氣設(shè)備應(yīng)用紅外成像測(cè)溫檢測(cè)后，對(duì)電流致熱型設(shè)備與電壓致熱型設(shè)備應(yīng)用不同的判據(jù)進(jìn)行判斷，從而確定其缺陷等級(jí)，電流致熱型設(shè)備依據(jù)《DLT 664-2008帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》附錄A進(jìn)行判斷、電壓致熱型設(shè)備依據(jù)《DLT 664-2008帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》附錄B進(jìn)行判斷，綜合致熱型設(shè)備應(yīng)結(jié)合電流致熱型與電壓致熱型的判據(jù)綜合判斷。

7.變電站電氣設(shè)備各種熱缺陷實(shí)例分析

自2005年在本地區(qū)開(kāi)展紅外成像測(cè)溫以來(lái)，紅外成像測(cè)溫技術(shù)在發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)熱缺陷中得到廣泛的應(yīng)用，并取得了較好的效果，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷提供了科學(xué)的圖像及數(shù)據(jù)依據(jù)，提高了電氣設(shè)備運(yùn)行的可靠性，從多年的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析中，可以看出電流致熱型發(fā)熱缺陷站發(fā)熱缺陷的90%，電壓致熱型發(fā)熱缺陷的比率較小，但由于電壓致熱型發(fā)熱缺陷的形成機(jī)理，電壓致熱型發(fā)熱缺陷一般都是重大以上缺陷，又由于電壓發(fā)熱型設(shè)備的溫升通常比較小，所以我們更應(yīng)重視對(duì)電壓發(fā)熱型缺陷的判斷。

7.1 電流致熱型設(shè)備實(shí)例分析

圖1為2012年05月09日，運(yùn)行人員對(duì)某站10kV電容器組進(jìn)行紅外成像測(cè)溫，10kV電容器組內(nèi)設(shè)備的熱成像圖。檢測(cè)時(shí)的環(huán)境溫度為32℃，負(fù)荷電流為214.2A，從該熱像圖中可看出最熱點(diǎn)溫度為131.8℃，最熱點(diǎn)在電容器組出線套管與導(dǎo)線接線掌處，發(fā)熱點(diǎn)以接頭為中心，熱點(diǎn)明顯，應(yīng)為接觸不良，內(nèi)部結(jié)構(gòu)松動(dòng)所致，依據(jù)《DLT 664-2008帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》附錄A判據(jù)，可以用兩種判據(jù)進(jìn)行判斷。

（1）應(yīng)用表面溫度判斷法

由熱像圖，可以看到該10kV電容器組套管與導(dǎo)體連接處的熱點(diǎn)溫度已超過(guò)110℃，為危急缺陷。

（2）應(yīng)用相對(duì)溫差判斷法

由熱像圖，可以看到發(fā)熱點(diǎn)溫度T1=131.8℃、正常相溫度T2=37.2℃、參照體溫度T0=34℃，發(fā)熱點(diǎn)溫升超過(guò)15K，應(yīng)用相對(duì)溫差判斷法，將以上數(shù)據(jù)代入以下公式：

100%

得：

由此可定義此發(fā)熱缺陷為危急缺陷。

電流致熱性缺陷，大多是由于接觸電阻增大而出現(xiàn)的局部過(guò)熱，主要是由于各種引流線的裸露接頭、高壓設(shè)備或線路中的連接器件等由于壓接不良或受到氧化腐蝕及灰塵的影響，或因材質(zhì)不良和加工、安裝工藝的問(wèn)題，或受沖擊負(fù)荷的影響以及機(jī)械振動(dòng)等各種原因造成，建議在電氣設(shè)備啟動(dòng)投運(yùn)前，對(duì)設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)收，施工人員也應(yīng)改進(jìn)安裝工藝，例如像這種10kV電容器組套管與導(dǎo)流體的連接處應(yīng)改用軟連接，減少硬連接時(shí)的相互作用力，提高設(shè)備安全運(yùn)行的可靠系數(shù)。

7.2 電壓致熱型設(shè)備實(shí)例分析

圖2為2012年05月09日，運(yùn)行人員對(duì)某站220kV線路避雷器進(jìn)行紅外成像測(cè)溫?zé)岢上駡D。檢測(cè)時(shí)的環(huán)境溫度為25℃，負(fù)荷電流為18.29A，從該熱像圖中可看出最熱點(diǎn)溫度為32.6℃。正常的氧化鋅避雷器為整體輕微發(fā)熱，較熱點(diǎn)一般在靠近上部且不均勻，多節(jié)組合從上到下各節(jié)溫度遞減，引起整體發(fā)熱或局部發(fā)熱為異常，由圖可見(jiàn)，該線路避雷器A相下半部分紅外成像溫度相對(duì)同相上半部分及B、C兩相的相同部位有發(fā)熱現(xiàn)象，溫差為1K，應(yīng)用同類比較判斷法及圖像特征判斷法，依據(jù)《DLT 664-2008帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》附錄B判據(jù)，可定義此缺陷為嚴(yán)重缺陷，建議進(jìn)行停電試驗(yàn)。

從上例可以看出，像氧化鋅避雷器這種電壓致熱型的設(shè)備，發(fā)熱的原因既有產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，長(zhǎng)期運(yùn)行內(nèi)部元件老化問(wèn)題，也有內(nèi)部受潮的問(wèn)題，由于電壓致熱型設(shè)備的發(fā)熱點(diǎn)不明顯，相對(duì)溫差較小，紅外成像檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)更加關(guān)注，建議在新設(shè)備啟動(dòng)投運(yùn)24小時(shí)后對(duì)電壓致熱型設(shè)備進(jìn)行紅外成像檢測(cè)，保存熱成像圖作為設(shè)備啟動(dòng)檔案，為日后的紅外檢測(cè)分析提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

8.對(duì)紅外成像測(cè)溫技術(shù)在變電站中應(yīng)用的建議

紅外成像測(cè)溫技術(shù)雖然在變電站中應(yīng)用已經(jīng)有多年，但部分基層運(yùn)行人員對(duì)其重要性認(rèn)識(shí)不夠，紅外檢測(cè)也只習(xí)慣于用表面溫度判斷法進(jìn)行判斷，專業(yè)性不強(qiáng)，因此要提高紅外成像測(cè)溫技術(shù)在變電站應(yīng)用的效率，提出以下幾點(diǎn)建議：

（1）加強(qiáng)對(duì)紅外成像測(cè)溫技術(shù)原理及判斷方法等的技術(shù)培訓(xùn)，提高專業(yè)技能。

（2）嚴(yán)格執(zhí)行《DLT 664-2008帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》中的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要求。

（3）結(jié)合變電站差異化運(yùn)維策略確定變電站電氣設(shè)備的紅外檢測(cè)周期。

（4）提高對(duì)電壓致熱型設(shè)備紅外成像測(cè)溫的重視，根據(jù)《DLT 664-2008帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》的判據(jù)進(jìn)行判斷。

（5）整理紅外成像測(cè)溫?zé)岢上駡D，建立設(shè)備熱成像圖檔案庫(kù)，為判斷提供原始資料。

9.結(jié)論

紅外成像測(cè)溫技術(shù)在變電站中的應(yīng)用，對(duì)變電站電氣設(shè)備的安全運(yùn)行是十分必要和實(shí)用，采用紅外成像測(cè)溫技術(shù)定期或不定期對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，可有效預(yù)防設(shè)備的缺陷。通過(guò)對(duì)缺陷設(shè)備熱成像的分析能迅速地找到故障點(diǎn)，可及時(shí)對(duì)其處理，把事故扼殺在萌芽狀態(tài)。所以，為了電氣設(shè)備的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，應(yīng)大力提倡紅外成像測(cè)溫技術(shù)變電站中的應(yīng)用。

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