紅外線成像技術(shù)在電氣設(shè)備狀態(tài)檢測中的應(yīng)用

胡偉濤 韓建波 杜衛(wèi)紅 劉建松 祝曉輝 閆佳文

【摘要】結(jié)合實際工作論述了紅外檢測技術(shù)在輸變電設(shè)備故障診斷中的具體應(yīng)用，對變電站設(shè)備及線路設(shè)備紅外檢測的原理、影響因素及分析方法分別進行了論述。

【關(guān)鍵詞】紅外檢測;故障分析;電氣設(shè)備

1.引言

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，社會對電力需求日趨增長，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定持續(xù)的運行，是一項十分嚴峻的任務(wù)。據(jù)相關(guān)報告統(tǒng)計分析，近年來發(fā)生的變電設(shè)備事故中，由于設(shè)備發(fā)熱缺陷處理不及時，引發(fā)的事故有增長的趨勢。目前對電力設(shè)備實施的狀態(tài)檢修，是根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)制定檢修策略，而對設(shè)備的檢修周期相對定期進行絕緣預(yù)防性試驗有所延長，只依據(jù)前次試驗數(shù)據(jù)和運行人員的巡視，不能準確及時掌握設(shè)備的健康狀況，因此，帶電測試方法在設(shè)備狀態(tài)檢修中占有重要的地位。其中通過對電力設(shè)備表面溫度及其分布的監(jiān)測，是目前技術(shù)成熟，行之有效的帶電測試診斷方法。

紅外熱成像系統(tǒng)正是接收物體表面的紅外輻射信號，得到與景物表面熱分布相對應(yīng)的“實時熱圖像”，該熱圖像是反映物體自身狀態(tài)的重要信息。在電力系統(tǒng)中，從鍋爐、汽機、發(fā)電機、熱力管道、封閉母線，到變電站內(nèi)的開關(guān)、刀閘、PT，CT，變壓器、避雷器、套管、耦合電容器等等各種設(shè)備，因為材質(zhì)、工藝、安裝、以及受潮、放電、老化等存在著各種故障隱患，利用紅外熱像儀進行帶電測試，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的發(fā)熱缺陷，為變電設(shè)備安全穩(wěn)定運行提供可靠的科學(xué)依據(jù)，從而有效地減少盲目檢修時間，提高了檢修效率。

2.電流致熱缺陷原因及分析

作者經(jīng)過近20年的現(xiàn)場應(yīng)用，積累了一些經(jīng)驗。結(jié)合變電設(shè)備典型發(fā)熱缺陷介紹如下：

2.1 隔離開關(guān)類缺陷

圖1 某35kV刀閘B相動觸頭

圖2 某35kV刀閘A相動觸頭

引起發(fā)熱的主要原因：廠家制造工藝不良，觸指拉簧壓力不夠，接觸面未除凈氧化層。

圖3 某220kV刀閘A相靜觸頭（111.96℃）

引起發(fā)熱的主要原因：剪刀式刀閘動觸頭夾緊力不夠，動靜觸頭結(jié)合處有氧化層，刀閘導(dǎo)電回路電阻超標引起發(fā)熱。

圖4 某35kV刀閘C相接線端子發(fā)熱（136.79℃）

引起發(fā)熱的主要原因：緊固螺絲力矩沒有達到工藝要求，廠家施工工藝不良，現(xiàn)場安裝工藝不良，造成接觸面電阻超標，引起接觸面發(fā)熱。

隔離刀閘常見的熱缺陷是觸頭部位及導(dǎo)線的引流線夾接觸不良引起的。通過多次的缺陷發(fā)現(xiàn)及排除總結(jié)出隔離開關(guān)缺陷多集中于動靜觸頭和接線端子的原因在于：

1）隔離開關(guān)接線端與導(dǎo)線端連接處于長期裸露在大氣中運行，極易受到水蒸氣、腐蝕性灰塵等的侵蝕與影響，在連接件的接觸面上形成氧化膜，因而使連接處的電阻增加，造成接觸不良而發(fā)熱。

2）導(dǎo)線在風力下，或因負荷變化引起連接件周期性熱脹冷縮，造成連接螺絲松動，減小連接件接觸面積，增大接觸處的導(dǎo)電回路電阻。

3）安裝工藝不符合要求，例如恢復(fù)連接時未加彈簧墊圈或接觸面污穢未清除干凈等。諸如此類，都會促使隔離開關(guān)接觸電阻增大而引起發(fā)熱。

4）廠家質(zhì)量把關(guān)不嚴，將質(zhì)量不合格的零部件組裝在產(chǎn)品上，并交付客戶使用。

2.2 母線類缺陷

圖5 某主變35kV母線橋抱箍（262.64℃）

圖6 某220kV刀閘動靜觸頭（144.17℃）

引起發(fā)熱的主要原因：圖5抱箍工藝不良，抱箍表面不平，抱箍壓緊的平墊與表面有一定的間隙，產(chǎn)生渦流，電流越大，溫度越高，停電后檢查發(fā)現(xiàn)螺絲明顯松動。圖6鋁導(dǎo)線軟連接部的接觸表面未除凈氧化層及其它污垢，緊固螺絲力矩達不到要求，處理后進行直流電阻測試，試驗合格，缺陷消除。

2.3 主變風冷控制箱類缺陷

圖7 某主變風冷控制箱

圖8 某站低壓室刀閘

引起發(fā)熱的主要原因：導(dǎo)線壓力不夠，接觸面小、壓力不夠，清潔表面緊固螺絲后缺陷消除。

3.電壓致熱缺陷原因及分析

3.1 某500kV變電站某220kV線路B相CVT油箱過熱原因分析

圖9 某220kV線路B相CVT油箱過熱

專業(yè)技術(shù)人員對保北站進行紅外線測溫工作室，發(fā)現(xiàn)某220kV出線間隔B相電容式電壓互感器溫度（29.13℃）較其他間隔偏高，并且電容式電壓互感器儲油柜溫度為上高下低，屬于內(nèi)部發(fā)熱缺陷，可能為絕緣故障、中間PT故障或缺油，保護班測量PT端子箱內(nèi)發(fā)現(xiàn)ax無輸出電壓，afxf電壓為4V，初步診斷為電容式電壓互感器內(nèi)部有短路或線圈匝間絕緣損壞現(xiàn)象。

通過對CVT的試驗和解體檢查結(jié)果表明，事故原因主要是由于絕緣性能的降低，而制造工藝不過關(guān)和運輸工程的顛簸都可能致使絕緣降低。

3.2 某變電站35kV CVTB相油箱過熱原因分析

某變電站運維人員發(fā)現(xiàn)0號站變B相CVT二次監(jiān)視電壓大幅下降，后對設(shè)備進行巡視，從CVT油箱觀測孔中發(fā)現(xiàn)變壓器油呈現(xiàn)黃褐色且渾濁，另兩相正常變壓器油澄清透明。對該CVT進行紅外測溫，B相油箱溫度較A、C兩相溫升10℃，初步認定為電磁單元發(fā)生故障。此電容式電壓互感器退出運行，解體后測試電容單元試驗合格，B相二次回路完好，儲油柜內(nèi)的油中懸浮大量絮狀絕緣介質(zhì)，PT單元被完全燒毀，該CVT一次繞組側(cè)沒有并聯(lián)避雷器，懷疑是由于過電壓引起PT單元與中壓電容發(fā)生諧振，產(chǎn)生的過電壓施加在一次線圈上，將繞組擊穿是造成二次電壓降低的主要原因，而此時的速飽和阻尼器并沒有起到防止發(fā)生鐵磁諧振的作用。

圖10 某站35kVCVT紅外圖譜

3.3 某變電站35kVCVTC相油箱過熱原因分析

通過解體檢查及事故現(xiàn)象分析，造成此次事故的主要原因：操作過電壓引起PT單元內(nèi)部鐵磁振蕩，由于諧振在一次繞組的高壓端形成一個高電壓，致使并聯(lián)在一次繞組的避雷器被擊穿。而PT單元的速飽和阻尼器此時并沒有發(fā)揮其阻尼作用，原因為廠家在設(shè)計計算時出現(xiàn)了一定的偏差，另外，避雷器也沒有起到保護作用，在發(fā)生較高的過電壓時，閥片沒有動作，而是直接發(fā)生沿面放電，并且將閥片表面燒損擊穿，建議廠家對阻尼器的設(shè)計重新計算，檢查其匹配問題，并且對外廠供貨的避雷器進行試驗，采用合格的產(chǎn)品，起到保護作用。

圖11 某站35kVCVT紅外圖譜

由于該電容式電壓互感器在帶病運行數(shù)小時后，儲油柜溫度高于其他兩相10℃左右，說明在避雷器被燒壞擊穿后，PT單元仍然存在一個較大的振蕩電流，而且一直持續(xù)，否則溫度不會持續(xù)發(fā)熱，由于二次線圈并沒有發(fā)生短路現(xiàn)象，當時也沒有測量二次電流，所以發(fā)熱的真正原因現(xiàn)在還不太清楚。

4.小結(jié)

紅外診斷技術(shù)是一項有效、重要的帶電檢測試驗方法，具有非接觸、直觀、準確、靈敏度高等優(yōu)點，但其測得的溫度值受到設(shè)備表面發(fā)射率、大氣衰減、氣象條件等諸多因素的影響，這方面需要進一步深入研究。

由于電力設(shè)備的多樣性，經(jīng)過實踐，對斷路器和隔離開關(guān)的接頭發(fā)熱等應(yīng)進行重點檢查，雖然紅外成像測溫能對電氣設(shè)備進行實時帶電檢測，可以發(fā)現(xiàn)常規(guī)試驗手段所不能發(fā)現(xiàn)的設(shè)備缺陷。但是目前紅外成像檢測技術(shù)的水平，還不能對所有設(shè)備的內(nèi)部故障做出準確的判斷。因此對于內(nèi)部故障的檢測應(yīng)將其他帶電檢測、在線監(jiān)測、停電試驗和紅外成像檢測手段有機的結(jié)合起來，才能互補，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

作者簡介：胡偉濤（1977—），男，碩士，電氣試驗技師，從事電氣設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷、電氣試驗等工作。