紅外成像技術(shù)在電氣設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

朱海貌，陳達(dá)，曹輝，沖

（國網(wǎng)浙江省電力公司溫州供電公司，浙江溫州325000）

紅外成像技術(shù)在電氣設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

朱海貌，陳達(dá)，曹輝，劉沖

（國網(wǎng)浙江省電力公司溫州供電公司，浙江溫州325000）

描述了紅外成像技術(shù)在溫州電網(wǎng)的應(yīng)用情況，對(duì)溫州地區(qū)4起典型的電力設(shè)備發(fā)熱案例做了分析介紹，表明了通過紅外測(cè)溫可發(fā)現(xiàn)絕緣故障、套管滲漏油、損耗異常增大、末屏虛接等電氣設(shè)備故障，通過跟蹤分析發(fā)現(xiàn)缺陷，可為進(jìn)一步的檢修決策提供有效依據(jù)。

電氣設(shè)備；紅外成像；發(fā)熱；故障診斷；典型案例

電氣設(shè)備在運(yùn)行中會(huì)因?yàn)楣收隙鹌浔砻婕皟?nèi)部的溫度異常變化，通過監(jiān)視這種溫度變化，可以對(duì)設(shè)備的故障情況作出判斷。電力系統(tǒng)采用的紅外成像技術(shù)就是根據(jù)這個(gè)原理發(fā)展起來的，與傳統(tǒng)的例行試驗(yàn)和診斷試驗(yàn)相比，紅外成像具有不接觸、不解體、準(zhǔn)確、直觀等優(yōu)勢(shì)[1]，備受國內(nèi)外電力行業(yè)的重視，并得到了快速發(fā)展。利用紅外成像技術(shù)對(duì)電氣設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)其劣化和缺陷嚴(yán)重程度來制定檢修策略，適時(shí)安排停電檢修，可有效提高設(shè)備的可靠性，節(jié)約檢修的人力和物力。本文針對(duì)近年迎峰度夏期間溫州地區(qū)的變電所紅外測(cè)溫情況，選取其中的典型案例進(jìn)行介紹、分析，并在此基礎(chǔ)上提出今后電氣設(shè)備紅外測(cè)溫應(yīng)注意的事項(xiàng)。

1 紅外檢測(cè)在溫州電網(wǎng)的應(yīng)用情況

近年來，隨著狀態(tài)檢修的推廣，紅外測(cè)溫技術(shù)已經(jīng)在溫州電網(wǎng)得到了廣泛應(yīng)用，成為狀態(tài)檢測(cè)的重要手段。運(yùn)行檢修人員從最初使用的紅外點(diǎn)溫儀到目前的非致冷焦平面紅外熱像儀，逐步掌握了紅外成像的測(cè)試和故障診斷方法，并根據(jù)《浙江電網(wǎng)輸變電帶電檢測(cè)規(guī)程》的周期要求，采用巡視、迎峰度夏期間的專業(yè)紅外成像以及疑似缺陷的紅外跟蹤相結(jié)合的方式，發(fā)現(xiàn)了大量電氣設(shè)備接觸不良、絕緣缺陷、放電等各種類型故障。以2011年對(duì)溫州地區(qū)110 kV及以上變電所迎峰度夏紅外檢測(cè)為例，發(fā)現(xiàn)主變壓器缺陷21例，電纜缺陷4例，穿墻套管缺陷5例，電容器缺陷9例，導(dǎo)線斷股缺陷9例，電壓制熱型缺陷3例，疑似放電缺陷7例。在這些缺陷中，有緊急缺陷6起、占10.3%，重要缺陷15起、占25.9%，一般缺陷37起、占63.8%。缺陷原因以接頭接觸不良、渦流損耗較大為主，部分設(shè)備存在較嚴(yán)重的絕緣問題。針對(duì)這些故障和疑似缺陷，檢修部門采取了相應(yīng)的措施，消除了安全隱患，極大地提高了電網(wǎng)的可靠性和安全性。

2 紅外測(cè)溫典型案例

2.1 紅外測(cè)溫發(fā)現(xiàn)避雷器內(nèi)部受潮

2011年10月8日，溫州供電公司檢修人員在夜間對(duì)某220 kV變電所進(jìn)行紅外測(cè)溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)2號(hào)主變壓器110 kV避雷器A相溫度異常，測(cè)試時(shí)氣溫為26℃。A相紅外成像圖譜見圖1。

圖1 異常避雷器紅外成像圖譜

圖譜顯示：避雷器A相第五節(jié)瓷裙處有1點(diǎn)溫度為34.1℃，明顯高于該節(jié)避雷器其他部位，B相、C相溫度與環(huán)境溫度接近，A相與B相、C相間溫差達(dá)8.1℃。避雷器屬于電壓致熱型設(shè)備，由于表面瓷套無破損痕跡，該處溫度偏高應(yīng)由避雷器內(nèi)部缺陷引起，考慮到絕緣層熱傳導(dǎo)系數(shù)的影響，A相避雷器內(nèi)部溫升已很高[2]。

結(jié)合避雷器帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)（如表1所示），阻性電流占全電流超過50%，出現(xiàn)明顯異常。由于該組避雷器于2011年6月投運(yùn)，運(yùn)行時(shí)間僅4個(gè)月，懷疑避雷器制造工藝存在缺陷。

表1 故障避雷器帶電測(cè)試數(shù)據(jù)

為保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，決定對(duì)該避雷器實(shí)施停役更換。對(duì)故障避雷器施加63.5 kV的工頻運(yùn)行電壓，測(cè)得泄漏電流、阻性電流與運(yùn)行時(shí)一致，局放量達(dá)950 pC。直流泄漏電流測(cè)試也顯示A相測(cè)試數(shù)據(jù)與其余2相及歷史值存在巨大差異，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 故障避雷器直流泄漏試驗(yàn)數(shù)據(jù)

隨后對(duì)該避雷器進(jìn)行了解體檢查，發(fā)現(xiàn)瓷套內(nèi)部嚴(yán)重受潮，電阻片間的白色合金出現(xiàn)氧化，芯體下部金屬導(dǎo)桿嚴(yán)重銹蝕，避雷器電阻閥片有1處破損，破損位置與紅外測(cè)溫的發(fā)熱點(diǎn)相吻合。分析其受潮原因?yàn)樯a(chǎn)該避雷器時(shí)，下蓋板與避雷器腔體間的密封圈漏裝。

雖然該避雷器的組裝工藝存在問題，但投運(yùn)前交接試驗(yàn)均正常。而運(yùn)行一段時(shí)間，經(jīng)歷各種工況和天氣后，工藝缺陷才得以暴露，因此對(duì)新投運(yùn)變電所的紅外成像測(cè)試非常必要。

2.2 紅外成像發(fā)現(xiàn)主變壓器套管油位偏低

2011年8月22日，在對(duì)溫州供電公司某220 kV變電所進(jìn)行紅外測(cè)溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)2號(hào)主變壓器B相套管油位異常，紅外圖譜顯示油位明顯偏低，該相套管油位計(jì)指示為零，紅外成像圖譜如圖2所示。由于該型套管無取油樣工作，現(xiàn)場(chǎng)檢查未發(fā)現(xiàn)套管外部有破損滲漏油，3相高壓套管從頂部到升高座之間的表面溫度場(chǎng)分布基本一致，說明無過熱現(xiàn)象，由此推斷套管底部密封損壞，導(dǎo)致套管油與主變壓器本體油路貫通。

圖2 2號(hào)主變壓器套管紅外成像圖譜

套管缺油后，會(huì)使頂部部分電容屏露出油面。由于空氣的擊穿電壓遠(yuǎn)低于絕緣油，長時(shí)間露出油面的電容屏很容易被擊穿。而未擊穿的電容屏由于場(chǎng)強(qiáng)增大，超過其設(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。由于缺乏備用套管，為保證安全起見，對(duì)該主變壓器進(jìn)行了跟蹤紅外測(cè)溫。發(fā)現(xiàn)隨著氣溫以及油溫的變化，套管的油位也隨著主變壓器本體油位發(fā)生一定的變化，但未發(fā)現(xiàn)由局部放電而引起的過熱現(xiàn)象。10月底，備件套管到位后，對(duì)B相套管進(jìn)行了更換并順利投運(yùn)。

故障原因分析：將故障套管吊出后，發(fā)現(xiàn)套管瓷套與套管法蘭間的密封件脫落，2個(gè)油室密封不嚴(yán)造成貫通。套管油室中的油位較高，壓力較大，在壓力作用下套管中的油流向主變壓器本體油室，套管頂部油室壓強(qiáng)降低[3]。由于變壓器本體油室與大氣貫通，當(dāng)套管頂部油室壓強(qiáng)降低到大氣壓強(qiáng)時(shí)，達(dá)到新的平衡狀態(tài)，高壓套管中的油位停止下降，保持在某一位置，從而造成套管油位偏低。

運(yùn)行的充油設(shè)備，由于內(nèi)部油氣部分存在溫度差，從而在紅外成像圖譜中形成清晰可辨的分界面，據(jù)此可判斷出設(shè)備的油位。而目前運(yùn)行部門大多仍在使用點(diǎn)溫儀，只能測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)的溫度值，因此不能有效反映設(shè)備油位。

2.3 紅外成像發(fā)現(xiàn)穿墻套管支撐板過熱

2011年7月12日，對(duì)某110 kV變電所進(jìn)行紅外測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)1號(hào)主變壓器10 kV穿墻套管支撐板存在明顯的發(fā)熱現(xiàn)象，A相與B相、B相與C相穿墻套管之間的鋼板溫度均超過100℃，如圖3所示。測(cè)試時(shí)環(huán)境溫度33.7℃，運(yùn)行電壓10.34 kV，負(fù)荷電流1 684.3 A。而在隨后的其他變電所測(cè)溫中，亦發(fā)現(xiàn)有類似情況。

圖3 過熱的穿墻套管紅外圖譜

原因分析：檢查發(fā)現(xiàn)該變電所穿墻套管支撐板采用普通鋼板且未開口，造成電流在鋼板中產(chǎn)生較強(qiáng)的環(huán)流磁通，渦流損耗引起鐵板發(fā)熱。而渦流損耗會(huì)隨著負(fù)荷電流增加而急劇增大，在迎峰度夏期間，負(fù)荷較重，環(huán)境溫度較高，鋼板發(fā)熱尤為明顯。而發(fā)熱也會(huì)使套管使用壽命受到影響，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。此外，在檢查過程中，通過紅外測(cè)溫，也發(fā)現(xiàn)了較多漏磁通引起的主變壓器螺栓發(fā)熱等現(xiàn)象。

針對(duì)鋼板發(fā)熱這一情況，檢修人員考慮若采用切縫處理切斷套管支撐板磁流環(huán)路的方法，可能造成支撐板機(jī)械強(qiáng)度下降。而高錳低磁鋼具有強(qiáng)度高、韌性大等特點(diǎn)，由于碳、錳含量高，因此鋼的導(dǎo)熱能力較差[4]。將普通鋼板更換為高錳低磁鋼后，在大負(fù)荷及高溫背景下，紅外測(cè)溫顯示套管板溫度已恢復(fù)正常。

2.4 紅外測(cè)溫發(fā)現(xiàn)電流互感器末屏放電

2011年7月19日，檢修人員對(duì)某220 kV變電所進(jìn)行紅外測(cè)溫，檢測(cè)時(shí)剛下過陣雨，空氣濕度較大。發(fā)現(xiàn)220 kV母聯(lián)開關(guān)C相電流互感器端子箱局部溫度異常，測(cè)溫儀顯示最高溫度達(dá)183℃（環(huán)境溫度28.4℃），存在嚴(yán)重的安全隱患。

隨后立即對(duì)該電流互感器進(jìn)行了停電處理。檢查發(fā)現(xiàn)套管電容量與介損正常，5個(gè)二次繞組均無開路現(xiàn)象，但二次端子箱銹蝕嚴(yán)重，其末屏通過端子箱外殼接地，而外殼已完全銹蝕，出現(xiàn)部分銹鐵脫落，從而導(dǎo)致末屏接地不良。

原因分析：該變電所所在區(qū)域皮革、電鍍等高污染企業(yè)密集，當(dāng)?shù)乜諝馕廴据^嚴(yán)重，造成了該變電所電氣設(shè)備銹蝕嚴(yán)重。而該型號(hào)的末屏接于端子箱外殼，一旦出現(xiàn)外殼銹蝕或脫落，就存在末屏懸空的安全隱患。當(dāng)末屏失去接地時(shí)，末屏對(duì)地存在電容，與主電容起到串聯(lián)分壓作用。與電流互感器的主電容量相比，末屏對(duì)地電容量較小，根據(jù)分壓原理，套管將出現(xiàn)較高懸浮電位，從而造成末屏對(duì)地的局部放電，引起發(fā)熱。

由于該類型的電流互感器銹蝕嚴(yán)重并非個(gè)例，存在巨大的安全隱患，檢修人員對(duì)類似的多個(gè)變電所進(jìn)行了排查，發(fā)現(xiàn)多臺(tái)電流互感器存在末屏斷開的風(fēng)險(xiǎn)。檢修部門結(jié)合工作計(jì)劃對(duì)隱患電流互感器進(jìn)行更換，未更換的進(jìn)行停電防腐處理后，將其末屏引出至設(shè)備支架上，確保末屏可靠接地。采取上述措施之后，紅外成像檢測(cè)再未發(fā)現(xiàn)電流互感器端子箱異常溫升。

3 結(jié)論與建議

（1）通過紅外成像檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)多種類型的電氣設(shè)備故障，如電壓致熱型設(shè)備絕緣故障、油浸設(shè)備缺油故障、渦流引起的損耗增大以及懸浮電位放電故障等。紅外成像儀比點(diǎn)溫儀更容易與周圍設(shè)備或相間做對(duì)比，也更容易反映充油設(shè)備油位等信息。

（2）電流致熱型設(shè)備的負(fù)荷電流和電壓致熱型設(shè)備的運(yùn)行電壓對(duì)設(shè)備發(fā)熱的影響很大，檢測(cè)時(shí)應(yīng)在高峰負(fù)荷和額定電壓下進(jìn)行。對(duì)于避雷器等電壓致熱型設(shè)備，紅外測(cè)溫時(shí)還應(yīng)考慮絕緣層熱傳導(dǎo)系數(shù)的影響，即使紅外測(cè)溫測(cè)試到設(shè)備外部溫升不高，仍應(yīng)予以重視。

（3）室外檢測(cè)應(yīng)在日出之前、日落之后或陰天進(jìn)行，檢測(cè)時(shí)應(yīng)記錄環(huán)境溫/濕度。對(duì)于放電類故障，濕度較大時(shí)放電明顯，溫升也會(huì)更加明顯。因此跟蹤檢測(cè)應(yīng)選擇合適的氣象條件。

（4）投運(yùn)前電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常的電氣設(shè)備，投入運(yùn)行后，在電流或電壓以及各種氣象條件的綜合作用下，設(shè)備狀態(tài)可能發(fā)生較大變化，因此對(duì)新投運(yùn)變電所的紅外成像測(cè)試非常必要。

[1]張攀.紅外線測(cè)溫在判斷電氣設(shè)備熱故障中的應(yīng)用[J].湖北電力，2009（4）∶28-29.

[2]朱海貌，黃銳，夏曉波，等.金屬氧化物避雷器帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)異常的診斷及分析[J].電瓷避雷器，2012（2）∶68-71.

[3]孟慶大，楊敏祥，毛婷.一起500 kV高壓套管油位低缺陷的分析與處理[J].電瓷避雷器，2013（1）∶12-15.

[4]曹輝，陳長杰，萬曉.變電站內(nèi)開關(guān)室穿墻套管板發(fā)熱原因分析及處理[J].電氣工程與自動(dòng)化，2012（12）∶9-10.

（本文編輯：徐晗）

Application of Infrared Imaging Technology in Fault Diagnosis of Electrical Equipment

ZHU Haimao，CHEN Da，CAO Hui，LIU Chong
（State Grid Wenzhou Power Supply Company，Wenzhou Zhejiang 325000，China）

The paper expounds application of infrared imaging technology in Wenzhou power grid.It analyzes and introduces four typical heat cases of electrical equipment in Wenzhou，indicating that infrared temperature measurement can detect electrical equipment faults such as insulation faults，oil leakage of bushing,abnormal increase of loss and fake connection of end shield as well as detect the defects through tracking and analysis，which can provide effective basis for further decision-making of maintenance.

electrical equipment；infrared imaging；heat；fault diagnosis；typical case

TM764

：B

：1007-1881（2014）08-0025-03

2014-05-27

朱海貌（1982-），男，浙江溫州人，工程師，碩士，從事高壓電氣試驗(yàn)工作。