基于紅外熱像技術(shù)的電氣設(shè)備內(nèi)部故障診斷方法研究

杜紅軍

【摘 要】由于紅外線(xiàn)的穿透能力較弱，紅外輻射基本不能穿透絕緣材料和設(shè)備外殼，因而電氣設(shè)備的內(nèi)部故障無(wú)法直接用紅外熱像儀檢測(cè)到。但內(nèi)部熱缺陷一般都發(fā)熱時(shí)間較長(zhǎng)而且比較穩(wěn)定，故障點(diǎn)的熱量可以通過(guò)熱傳導(dǎo)和對(duì)流置換，與故障點(diǎn)周?chē)膶?dǎo)體或絕緣材料發(fā)生熱傳遞，引起這些部位的溫度升高，因此通過(guò)對(duì)設(shè)備的紅外檢測(cè)、熱像圖的綜合分析可以發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部是否存在發(fā)熱缺陷。其發(fā)熱情況可能因?yàn)閮?nèi)部電氣接頭不良或內(nèi)部介質(zhì)損耗劣化，或內(nèi)部分布電壓不良或泄漏電流過(guò)大而引起，且表現(xiàn)形式不一。

【關(guān)鍵詞】電氣設(shè)備；故障診斷；紅外熱像技術(shù)；熱像特征；不良故障；絕緣缺陷；經(jīng)濟(jì)高效

0 引言

內(nèi)部故障的診斷比較復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要耐心細(xì)致，而且紅外檢測(cè)人員必須掌握診斷的規(guī)律性，即內(nèi)部故障屬性與對(duì)應(yīng)的紅外熱像圖的特征關(guān)系。內(nèi)部故障按其屬性大體可歸結(jié)為內(nèi)部導(dǎo)電體連接或聯(lián)結(jié)不良、絕緣介質(zhì)不良以及一些非常規(guī)性的特殊故障三大類(lèi)，以下分別簡(jiǎn)述其熱像特征。

1 內(nèi)部導(dǎo)電體連接或聯(lián)結(jié)不良故障

由于內(nèi)部導(dǎo)電體連接或聯(lián)結(jié)不良，導(dǎo)致接觸電阻增大，在電流負(fù)荷的作用下過(guò)熱，發(fā)熱功率遵循P=I2R規(guī)律。這類(lèi)故障雖然發(fā)熱源位于設(shè)備內(nèi)部于熱傳導(dǎo)作用，使設(shè)備外部呈現(xiàn)一定的過(guò)熱特征，因而與正常相比較，但由其外部某處局部過(guò)熱。這類(lèi)缺陷多發(fā)生在斷路器、CT和套管內(nèi)部，可以通過(guò)熱像圖的發(fā)熱特征進(jìn)行診斷。

1.1 少油斷路器內(nèi)部導(dǎo)電體連接不良

少油斷路器內(nèi)部導(dǎo)電體連接不良主要表現(xiàn)在上動(dòng)、靜觸頭或中間觸頭接觸不良，導(dǎo)致斷路器發(fā)熱。當(dāng)上動(dòng)、靜觸頭接觸不良時(shí)，其熱像是以引線(xiàn)根部為發(fā)熱中心的上部整體過(guò)熱的熱像圖，且外部熱像特征是頂部溫度最高，其次為基座法蘭，再次是瓷套。當(dāng)中間觸頭接觸不良時(shí)，其熱像是以斷口下部基座法蘭為過(guò)熱中心的熱像圖，且外部特征為基座法蘭溫度最高，其次是頂帽，再次是瓷套。當(dāng)靜觸頭基座接觸不良時(shí)，其熱像是一個(gè)以頂帽中部為最高溫度的熱譜圖，且瓷套下法蘭的溫度稍高于瓷套外表的溫度。

1.2 CT一次接線(xiàn)內(nèi)部聯(lián)接不良

CT一次接線(xiàn)內(nèi)部聯(lián)接不良，在電流的作用下導(dǎo)致過(guò)熱，其熱像是以一次接線(xiàn)根部為發(fā)熱中心，CT頭部整體過(guò)熱的熱像圖，最高溫度在這些線(xiàn)頭及頂部油面處。

1.3 高壓套管頭內(nèi)部導(dǎo)電桿連接不良

高壓套管頭內(nèi)部導(dǎo)電桿連接不良而導(dǎo)致套管過(guò)熱，其熱像是以套管頂帽出線(xiàn)頭為集中發(fā)熱中心，套管頭局部嚴(yán)重過(guò)熱的熱像圖。

2 內(nèi)絕緣不良故障

電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣不良，在電壓的作用下發(fā)熱，發(fā)熱功率遵循P=U■？棕Ctg？啄規(guī)律。其電氣試驗(yàn)通常表現(xiàn)為介質(zhì)損耗增大，這類(lèi)故障常出現(xiàn)在充油設(shè)備中，譬如PT、CT、耦合電容器等。紅外技術(shù)診斷可通過(guò)三相比較法進(jìn)行。

2.1 變壓器內(nèi)部異常發(fā)熱

當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)異常發(fā)熱時(shí)，有可能引起箱體局部溫度升高。這種熱譜圖不具有環(huán)流形狀。此類(lèi)缺陷同時(shí)伴有變壓器內(nèi)部油的汽化。依照經(jīng)驗(yàn)法則，有絕緣油的變壓器或開(kāi)關(guān)，其內(nèi)部若有故障，外部溫度測(cè)到10℃溫升時(shí)，其相對(duì)應(yīng)的內(nèi)部零件部位會(huì)非常熱，可能有嚴(yán)重?zé)舻那樾?。若要正確判斷內(nèi)部熱故障問(wèn)題，可配合使用油品分析技術(shù)或其他電特性分析技術(shù)。

2.2 PT、CT內(nèi)絕緣不良

PT內(nèi)絕緣不良，其熱像特征是以PT頂部為發(fā)熱中心而整體過(guò)熱的熱像圖。CT內(nèi)絕緣不良，其熱像是以CT頭部過(guò)熱而本體也較熱的熱像圖。但整個(gè)CT不存在明顯的過(guò)熱中心。

2.3 耦合電容器內(nèi)絕緣不良

耦合電容器內(nèi)絕緣不良，其熱像是以耦合電容器整體過(guò)熱的熱像圖，整個(gè)電容器本體發(fā)熱均勻，無(wú)明顯的發(fā)熱中心。

2.4 絕緣子串內(nèi)絕緣不良

對(duì)絕緣子的故障檢測(cè)主要集中在零值絕緣子和低值絕緣子的檢測(cè)上。正常絕緣子由于電壓分布的不均勻性，其熱像表現(xiàn)為不對(duì)稱(chēng)的馬鞍形，靠線(xiàn)路側(cè)的絕緣子溫度相對(duì)較高，相鄰絕緣子間的溫差較小。當(dāng)存在低值絕緣子，其絕緣電阻降至300-10MΩ時(shí)，其發(fā)熱功率大于正常絕緣子，溫度升高，其熱像特征是以鐵帽為發(fā)熱中心的熱像圖；當(dāng)存在零值絕緣子，劣化絕緣子的電阻值進(jìn)一步降低時(shí)，發(fā)熱功率呈下降趨勢(shì)。在某一阻值（5-10MΩ）時(shí)，其發(fā)熱功率又接近于正常絕緣子，這時(shí)為檢測(cè)盲點(diǎn)。劣化絕緣子的電阻值進(jìn)一步降低至接近于零時(shí)，其發(fā)熱功率為零，與正常絕緣子相比溫度很低，其熱像特征為鐵帽溫升偏低；當(dāng)存在的是污穢絕緣子時(shí)，由于表面污穢電流增大，形成發(fā)熱。其熱像表現(xiàn)為以磁盤(pán)為發(fā)熱區(qū)的熱像圖。

2.5 阻波器內(nèi)避雷器損壞

正常的避雷器基本不發(fā)熱。若明顯發(fā)熱則說(shuō)明避雷器已損壞。

2.6 電力電纜內(nèi)絕緣故障

電纜頭局部絕緣不良，指電纜頭因加工不良或長(zhǎng)期運(yùn)行造成絕緣局部損傷、受潮、劣化等缺陷。其熱像特征是電纜頭交叉處出現(xiàn)局部絕緣區(qū)域溫升偏大。電纜頭整體絕緣不良，指電纜頭因加工不良或長(zhǎng)期運(yùn)行造成絕緣整體受潮、劣化等缺陷。其熱像特征是整個(gè)電纜頭溫度偏高。電纜整體發(fā)熱，即電纜絕緣年久老化或過(guò)負(fù)荷運(yùn)行而引起的絕緣缺陷。

3 非常規(guī)性特殊故障

電氣設(shè)備的某些非常規(guī)性特殊故障主要是以油為絕緣介質(zhì)的設(shè)備由于密封不良、瓷套裂傷等而發(fā)生滲漏油、少油缺油的故障。這類(lèi)故障常規(guī)性試驗(yàn)難以發(fā)現(xiàn)，但紅外熱像技術(shù)診斷卻非常有效。這是由于一般電氣設(shè)備在正常運(yùn)行情況下會(huì)伴隨發(fā)熱（正常發(fā)熱）現(xiàn)象，而內(nèi)部油又是熱的良好攜帶者，因此當(dāng)設(shè)備缺油時(shí)，設(shè)備的熱像圖上出現(xiàn)以油位為標(biāo)志的明顯的上冷下熱分界線(xiàn)的熱像圖。這類(lèi)故障主要出現(xiàn)在耦合電容器、PT、套管等電氣設(shè)備。某些設(shè)備因密封不良使內(nèi)部受潮而出現(xiàn)熱分布不均勻的情況，這類(lèi)故障主要出現(xiàn)在避雷器設(shè)備上。另外，變壓器冷卻裝置及油路系統(tǒng)異常，如散熱管道堵塞或閥門(mén)未開(kāi)而引起無(wú)熱油循環(huán)的部分管道或散熱器在紅外熱譜圖上呈現(xiàn)低溫區(qū)。

（1）耦合電容器缺油少油故障。缺油的耦合電容器油位通常低于幾個(gè)瓷裙。這類(lèi)缺陷可從熱像圖上直觀發(fā)現(xiàn)。

（2）PT缺油故障。PT缺油故障常發(fā)生在110kV級(jí)，其熱像呈現(xiàn)以頂帽暗淡的熱像圖。220kVPT偶爾也有缺油現(xiàn)象，其熱像為油位較低的熱像圖。

（3）套管缺油故障。缺油套管的熱像圖也是以油位為標(biāo)志的具有上下冷熱分界線(xiàn)的熱像圖，且在油面上通常出現(xiàn)過(guò)熱區(qū)，其熱像直觀明顯。

（4）避雷器內(nèi)部受潮故障。由于密封不良或瓷套裂傷等原因使其內(nèi)部受潮，導(dǎo)致避雷器內(nèi)部分壓阻值發(fā)生變化。其外部熱像特征與避雷器的結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般而言，避雷器整體內(nèi)部受潮，其熱像呈現(xiàn)為相對(duì)于其他相整體過(guò)熱的熱像圖。避雷器內(nèi)部局部受潮，則其熱像呈現(xiàn)為局部過(guò)熱而局部熱像暗淡的熱像特征。值得注意的是，此時(shí)受潮部位恰恰在熱像暗淡處。避雷器內(nèi)部受潮，除過(guò)熱分布不均勻外，其電壓分布也不均勻，對(duì)避雷器的運(yùn)行極為不利。

值得說(shuō)明的是，診斷設(shè)備的內(nèi)部故障，溫度僅是可供參考的一方面，更重要的是設(shè)備的溫度分布情況。因此，紅外檢測(cè)與診斷分析工作人員必須熟悉被檢設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，并具有相當(dāng)?shù)膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及紅外理論基本知識(shí)，正確掌握各類(lèi)設(shè)備缺陷的熱像特征及其細(xì)微差別，以準(zhǔn)確判斷設(shè)備的內(nèi)部缺陷故障性質(zhì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，由于現(xiàn)代紅外技術(shù)不斷成熟，利用紅外檢測(cè)的遠(yuǎn)距離、不接觸，以及準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、快速等特點(diǎn)發(fā)展起來(lái)的電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)，備受?chē)?guó)內(nèi)外電力行業(yè)的重視而得到迅速發(fā)展。發(fā)展較成熟的紅外熱像儀，還配備有輔助的計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)，可對(duì)采集的設(shè)備熱狀態(tài)圖像進(jìn)行各種計(jì)算、分析和處理，提高診斷可靠性，并建立設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)管理數(shù)據(jù)庫(kù)問(wèn)?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，紅外熱像儀是目前電氣設(shè)備狀態(tài)檢修領(lǐng)域一種行之有效的檢測(cè)手段。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：謝慶云]