運(yùn)用紅外測(cè)溫技術(shù)進(jìn)行電力變壓器故障診斷

任云明

摘要：在電力系統(tǒng)設(shè)備巡檢過(guò)程中，紅外測(cè)溫技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，本文通過(guò)研究分析紅外測(cè)溫技術(shù)在電力變壓器故障診斷的應(yīng)用，同時(shí)提出相應(yīng)的政策建議，進(jìn)而為推廣使用紅外測(cè)溫技術(shù)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：紅外測(cè)溫儀 故障診斷 動(dòng)態(tài)監(jiān)控

1 概述

對(duì)于紅外測(cè)溫儀來(lái)說(shuō)，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為快捷、方便、靈敏度高、非接觸性遠(yuǎn)距離測(cè)量、無(wú)需使被測(cè)設(shè)備停運(yùn)或解體等，憑借這些優(yōu)點(diǎn)，紅外測(cè)溫儀在電力系統(tǒng)故障診斷中得到廣泛的應(yīng)用，并且取得顯著的效果，進(jìn)而為設(shè)備檢修奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)為組織開(kāi)展設(shè)備狀態(tài)維修創(chuàng)造條件，避免發(fā)生重大事故，進(jìn)而在一定程度上提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

在電力系統(tǒng)中，電力變壓器占有重要的地位，一旦出現(xiàn)事故，將會(huì)造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失，同時(shí)產(chǎn)生不良的社會(huì)影響等，而且因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部缺陷不易被發(fā)現(xiàn)，因此，在電力變壓器故障診斷中引入紅外測(cè)溫技術(shù)，具有重大意義。

紅外測(cè)溫儀依據(jù)普朗克輻射定律，通過(guò)紅外線測(cè)量被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量，經(jīng)黑體標(biāo)定，進(jìn)一步確定被測(cè)目標(biāo)的溫度。它按測(cè)溫范圍可分為三類(lèi)：100℃以下，低溫測(cè)溫度；100～700℃中溫測(cè)溫儀；700～3200℃高溫測(cè)溫儀。

紅外熱電視是一種不需致冷而能熱成像的紅外檢測(cè)儀器，它的基本工作原理是：利用熱釋電攝像管（簡(jiǎn)稱(chēng)PEV）接收被測(cè)物體的紅外輻射能量，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓

信號(hào)后，再經(jīng)過(guò)放大等一系列變換，最后轉(zhuǎn)換成全電視信號(hào)輸出、存貯和顯示物體的熱像。為診斷應(yīng)用方便，國(guó)產(chǎn)熱電視在近年又采用單片機(jī)數(shù)據(jù)處理，設(shè)置為彩信號(hào)電路生成彩色熱像圖，大大提高了它的應(yīng)用價(jià)值。

光機(jī)掃描熱像儀的關(guān)鍵部件有光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)械掃描系統(tǒng)。它的基本工作原理是：將被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)匯聚、濾波、聚焦后，再通過(guò)機(jī)械掃描系統(tǒng)將聚焦后的紅外輻射按時(shí)間先后順序排列，達(dá)到紅外探測(cè)器上轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)，再經(jīng)視頻信號(hào)處理后送至顯示器上顯示或貯存器中存貯。

2 電氣設(shè)備故障的特征

通常情況下，電氣設(shè)備故障可以分為外部故障和內(nèi)部故障，其特征主要表現(xiàn)為：①外部熱故障的特征。這種故障通常是以局部過(guò)熱的形態(tài)向周?chē)椛浼t外線，其顯現(xiàn)的紅外熱像圖以故障點(diǎn)為中心分布。所以，借助設(shè)備的熱圖像可以對(duì)存在的熱故障進(jìn)行直觀地判斷，同時(shí)可以根據(jù)溫度分布情況對(duì)故障部位進(jìn)行確定。②內(nèi)部熱故障的特征。對(duì)于該故障來(lái)說(shuō)，其發(fā)熱過(guò)程通常比較長(zhǎng)，并且穩(wěn)定發(fā)熱，與故障點(diǎn)發(fā)生接觸的固體、液體，以及氣體等都會(huì)發(fā)生不同程度的熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射等。

3 紅外測(cè)溫技術(shù)在電力變壓器故障診斷中的應(yīng)用

變壓器箱體因渦流損耗所造成的發(fā)熱：變壓器在漏磁的情況下會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，它能引起變壓器箱體或部分連接螺桿發(fā)熱，其熱像特征是以漏磁穿過(guò)區(qū)域?yàn)橹行?，層次分明的不?guī)則圓環(huán)。這種因渦流損耗所造成的箱體發(fā)熱其溫度一般不得超過(guò)95℃，如果超溫，需對(duì)變壓器進(jìn)行停運(yùn)檢修，這種缺陷可以通過(guò)采用加裝短路環(huán)的方式來(lái)消除漏磁現(xiàn)象。

3.1 變壓器內(nèi)部熱故障的診斷

在變壓器內(nèi)部，由于接觸不良等因素引起發(fā)熱時(shí)，在這種情況下可能導(dǎo)致變壓器箱體局部溫度升高。與變壓器因渦流損耗所引起的發(fā)熱相比，這種情況造成的箱體發(fā)熱的差別主要表現(xiàn)為熱譜圖不具有環(huán)流形狀，并且這類(lèi)缺陷可以結(jié)合油色譜分析進(jìn)行判斷。

3.2 變壓器油路管道堵塞

當(dāng)堵塞變壓器油路管道時(shí)，會(huì)進(jìn)一步制約變壓器的正常散熱，其熱像特征主要表現(xiàn)為：因未參加油循環(huán)，使得堵塞部分的管道或散熱器呈現(xiàn)低溫區(qū)，其它部分溫度相對(duì)較高，并且兩者的溫度存在明顯的差異，熱譜圖可以清楚地反映出來(lái)。

3.3 變壓器油枕或高壓套管缺油

運(yùn)行中的變壓器經(jīng)常出現(xiàn)油枕或高壓套管缺油，這種情況通過(guò)紅外測(cè)溫儀測(cè)溫后在熱譜圖上可以明顯地看出，在輻射的熱量方面，由于油枕或套管內(nèi)油和氣有所不同，因此油氣分界面通過(guò)熱譜圖可以清楚地看到。

3.4 變壓器套管缺陷診斷

對(duì)于變壓器套管來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部缺陷通常情況下可以分為三類(lèi)，一類(lèi)是tgδ因絕緣不良而增大，與正常相相比其熱像顯示本體溫度比較高；第二類(lèi)是套管內(nèi)部接觸不良，導(dǎo)致接觸電阻過(guò)大進(jìn)而產(chǎn)生過(guò)熱，引起將軍帽局部發(fā)熱；第三類(lèi)是套管泄漏或注油時(shí)，未排凈氣引發(fā)缺油現(xiàn)象，在無(wú)油處其熱像顯示溫度偏低。

我國(guó)各個(gè)地區(qū)和部門(mén)先后應(yīng)用紅外測(cè)溫儀、紅外熱電視和紅外熱像儀，檢出變壓器大量故障、缺陷。

4 故障檢測(cè)情況

4.1 110kV變壓器出口穿墻套管接頭過(guò)熱的準(zhǔn)確診斷

某110kV變壓器出口穿墻套管A與B兩相溫度正常為27℃，而C相溫度高達(dá)170℃，對(duì)此隱患及時(shí)消除，確保了變壓器的安全運(yùn)行。

4.2 變壓器套管接頭過(guò)熱診斷

華北某變電站檢出#2主變壓器10kV側(cè)套管A相接頭溫度為202℃，也是由于緊固螺母松動(dòng)引起的。

4.3 套管缺油診斷

在某電廠檢出#1主變B相110kV套管上端都 20cm區(qū)段內(nèi)溫度偏低為22℃，而A、C兩相的相同位置為24℃，判定B相套管缺油。經(jīng)檢修人員在停電后打開(kāi)帽蓋檢查證實(shí)診斷正確。

4.4 套管將軍帽溫度熱場(chǎng)極不相同的診斷

在某變電站檢出#1主變110kV套管將軍帽的溫度熱場(chǎng)極不相同，A相為25℃，B相為46℃，C相為44℃。經(jīng)停電檢查發(fā)現(xiàn)A相套管油位確在將軍帽以下位置。

4.5 變壓器內(nèi)部低壓引線故障診斷

東北某電廠采用紅外熱像儀對(duì)一臺(tái)懷疑內(nèi)部有故障的變壓器進(jìn)行了成功的診斷。該臺(tái)設(shè)備油色譜檢測(cè)結(jié)果認(rèn)為有 700℃以上的高溫過(guò)熱故障。

4.6 變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障診斷

河北電網(wǎng)在變電站的紅外檢測(cè)中，根據(jù)熱圖的異常，準(zhǔn)確診斷出變壓器散熱器的閥門(mén)及氣體繼電器的油門(mén)均未打開(kāi)的設(shè)備內(nèi)部缺陷，及時(shí)消除變壓器的事故隱患。

4.7 變壓器套管內(nèi)部過(guò)熱故障診斷

某變電站#2主變壓器為220kV，在負(fù)荷為額定容量一半時(shí)，紅外熱像檢出各相套管將軍帽的溫度相差很大，A相為34.7℃，B相為86.4℃，C相為35℃，診斷B相套管內(nèi)部故障，建議停電檢修。解體檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)B相套管穿線引線及穿纜頭的焊接質(zhì)量粗糙，有嚴(yán)重的脫焊現(xiàn)象，造成B相套管內(nèi)部過(guò)熱。

4.8 變壓器套管將軍帽嚴(yán)重過(guò)熱故障診斷

某臺(tái) 220kV主變壓器，在其未達(dá)額定負(fù)荷時(shí)，紅外檢出 A相將軍帽嚴(yán)重過(guò)熱，各相的同一部位溫度相差甚大，A相高達(dá)204℃，而B(niǎo)與C相的溫度還不到11℃。

4.9 變壓器套管內(nèi)部漏油故障診斷

某臺(tái)220kV主變壓器，油色譜分析乙炔達(dá)到4.4PPm，總烴為227.3PPm，氫為159.8PPm，運(yùn)行半個(gè)月后再次跟蹤色譜分析，結(jié)果是乙炔米降低，原因不明。后決定采用紅外熱像檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)220kV套管的溫度三相異常，其中B相套管上部低于其余兩相的上都溫度，而B(niǎo)相套管的下部溫度又高于A、C兩相的下部，在再相套管高度2/5處有一明顯的分界面。初步診斷為B相套管缺油，明顯的界面即是套管的油面，它與油枕油面相同，說(shuō)明該套管已與主變壓器油箱聯(lián)通，它的油已涌到油箱中了。經(jīng)停電檢修，發(fā)現(xiàn)B相套管下部的密封墊已損壞，導(dǎo)致漏油，經(jīng)更換后為套管補(bǔ)充油達(dá)20kg；另外，查出其發(fā)熱原因系由于油氣界面局部放電引起。

4.10 變壓器套管內(nèi)部缺油故障診斷

西北某電廠110kV變壓器套管，在1995年7月檢測(cè)到B相套管本體溫度低于其他兩相溫度約達(dá)6K。分析該設(shè)備運(yùn)行歷史，它曾在同年4月，為檢修其低壓側(cè)分接開(kāi)關(guān)而放過(guò)油，故初步診斷該相套管存在缺油的缺陷，應(yīng)安排計(jì)劃?rùn)z修。必須檢修的依據(jù)是，若因套管充油時(shí)忘記排氣的話，套管內(nèi)存有氣體，氣體的臨界場(chǎng)強(qiáng)為25～30kV/cm，而變壓器油的臨界場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)空氣的1～8倍，所以缺油的套管內(nèi)部絕緣強(qiáng)度的安全系數(shù)大大下降，必須盡早補(bǔ)足絕緣油。

無(wú)論是運(yùn)行中的舊設(shè)備，還是剛投運(yùn)的新設(shè)備，或者是完成修理的設(shè)備，紅外測(cè)溫診斷技術(shù)同樣有效。利用紅外測(cè)溫診斷技術(shù)對(duì)運(yùn)行中的舊設(shè)備進(jìn)行檢查，可以找出失效部件，進(jìn)一步降低它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成的損害，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，同時(shí)可以避免發(fā)生災(zāi)難性故障，并且可以確定具體的修理部位，避免關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)；對(duì)于剛投運(yùn)的新設(shè)備來(lái)說(shuō)，通過(guò)紅外測(cè)溫診斷技術(shù)雖然不一定能找出嚴(yán)重的問(wèn)題，但是可以為運(yùn)行人員提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)資料；對(duì)于那些完成修理的設(shè)備，利用該技術(shù)進(jìn)行檢查，可以進(jìn)一步確信它們工作的正常性，進(jìn)而在一定程度上提高設(shè)備的工作效率。

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基金項(xiàng)目：無(wú)線遠(yuǎn)傳測(cè)溫模塊研究（寧工商科研2012）。