電纜設(shè)備發(fā)熱分析及紅外技術(shù)的應(yīng)用研究

許磊磊（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局，廣東 中山 528400）

電纜設(shè)備發(fā)熱分析及紅外技術(shù)的應(yīng)用研究

許磊磊
（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局，廣東 中山 528400）

摘要：本文主要介紹了電纜設(shè)備發(fā)熱的成因和危害；并從紅外技術(shù)原理出發(fā)，淺談紅外測(cè)溫在電纜運(yùn)行管理中的應(yīng)用要點(diǎn)，對(duì)電纜發(fā)熱類(lèi)型及開(kāi)展紅外工作的關(guān)鍵事項(xiàng)發(fā)表自己的看法。

關(guān)鍵詞：電纜終端；發(fā)熱；紅外監(jiān)測(cè)；電纜運(yùn)行

1　電纜設(shè)備發(fā)熱的危害

電纜設(shè)備發(fā)熱缺陷主要有三大危害。

1.1 影響載流量。電纜設(shè)備發(fā)熱將直接影響電纜線(xiàn)路的載流量，會(huì)使電纜的載流量降低30%~40%，甚至更多。

1.2影響電纜及電纜設(shè)備的使用壽命。電纜本體發(fā)熱會(huì)使電纜主絕緣溫度升高，加速絕緣老化；降低了充油電纜絕緣油的性能，直接影響電纜終端的使用壽命。

1.3影響電纜安全運(yùn)行。電纜終端溫度過(guò)高，可能直接引起電纜終端頭爆炸；在高負(fù)荷情況下，由于電流作用，電纜設(shè)備連接部位發(fā)熱會(huì)被進(jìn)一步放大，可能導(dǎo)致電纜連接部位熔斷，直接影響電纜線(xiàn)路安全。

2　電纜設(shè)備的發(fā)熱來(lái)源

總結(jié)中山供電局近三年來(lái)電纜設(shè)備周期性紅外測(cè)溫情況發(fā)現(xiàn)，電纜線(xiàn)路發(fā)熱主要集中在電纜終端、避雷器中間接頭及電纜線(xiàn)路設(shè)備部件連接處。發(fā)熱原因剖析，電纜設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，由于電流、電壓的作用，將產(chǎn)生以下2種主要來(lái)源的發(fā)熱。

2.1 電流致熱。電流作用引起的發(fā)熱，主要發(fā)熱點(diǎn)為電纜設(shè)備連接處，電纜出線(xiàn)線(xiàn)掌與金具連接、電纜尾管與接地線(xiàn)連接處、接地線(xiàn)與接地體連接處等。

按照焦耳定律，當(dāng)電流通過(guò)電阻時(shí)將產(chǎn)生熱能，其發(fā)熱功率為：

P=KfI2R（W）

式中：P為發(fā)熱功率（W）；I為電流強(qiáng)度（A）；R為電器或載流導(dǎo)體的直流電阻（Ω）； Kf為附加損耗數(shù) 。

發(fā)熱的功率與運(yùn)行電流的平方成正比，隨著運(yùn)行電流的增大，發(fā)熱量將成指數(shù)增加，這類(lèi)發(fā)熱的紅外成像顯示主要是某一個(gè)點(diǎn)的溫度比較高。

2.2 電壓致熱。電壓致熱缺陷是指電壓作用引起的設(shè)備的發(fā)熱缺陷。電纜線(xiàn)路介質(zhì)損耗也是發(fā)熱源之一，由于介質(zhì)損耗與電壓平方成正比，在高壓和超高壓運(yùn)行電纜中，該類(lèi)缺陷更為典型。在電纜終端或接頭處，如果局部介質(zhì)損耗角正切（tgδ）偏大，有可能導(dǎo)致局部區(qū)域溫度偏高。

由此產(chǎn)生的發(fā)熱功率為：

P＝U2ωCtgδ

式中：U為施加的電壓；ω為交變電壓角頻率；C為介質(zhì)的等值電容；tgδ為介質(zhì)損耗角正切值。

電壓致熱缺陷具有隱蔽性大，更應(yīng)引起足夠重視。與電流致熱缺陷相比，電壓致熱缺陷的發(fā)熱點(diǎn)溫升有可能不很大，一般僅十幾度，但不能因此忽視其潛在的危害性，其絕緣內(nèi)部存在的缺陷有可能已很?chē)?yán)重，在系統(tǒng)允許情況下，應(yīng)盡快停電將缺陷消除。

3　電纜設(shè)備發(fā)熱原因分析

中山供電局在2014年上半年周期性紅外測(cè)溫中發(fā)現(xiàn)多起電纜設(shè)備發(fā)熱缺陷，下面分析兩種常見(jiàn)的發(fā)熱現(xiàn)象。

3.1 110 kV德三甲線(xiàn)出線(xiàn)線(xiàn)夾發(fā)熱。110 kV德三甲線(xiàn)有多條T接支線(xiàn)，長(zhǎng)期負(fù)荷200A以上，N47塔至金鯉站段電纜是主線(xiàn)一部分。紅外測(cè)溫時(shí)發(fā)現(xiàn)，N47塔A相電纜終端出線(xiàn)線(xiàn)夾連接處發(fā)熱50.3度，正常溫度32.6度，局部溫差17.7度，線(xiàn)路負(fù)荷電流190A。

這類(lèi)發(fā)熱主要在設(shè)備連接處，發(fā)熱缺陷原因分析如下：（1）紅外分析結(jié)果顯示為電纜終端出線(xiàn)線(xiàn)夾連接處發(fā)熱，但由于測(cè)試人員距離電纜終端較遠(yuǎn)，成像不清晰，不能準(zhǔn)確判定發(fā)熱節(jié)點(diǎn)和原因，初步判定由于過(guò)流引起的局部放熱。（2）為了進(jìn)一步判斷發(fā)熱原因，組織塔上紅外測(cè)溫，測(cè)的結(jié)果是終端頭出線(xiàn)桿線(xiàn)掌與跳線(xiàn)連接處螺絲溫度較高，從左上至右下方第三顆螺栓發(fā)熱最為厲害，并有碳化跡象，所以斷定電纜終端出線(xiàn)桿線(xiàn)掌與跳線(xiàn)接觸不良，接觸電阻過(guò)大引起螺栓過(guò)流。（3）連續(xù)幾天負(fù)荷一直較大，而發(fā)熱情況隨負(fù)荷變化較大，由此更加肯定是由于接觸不良導(dǎo)致電流引起的發(fā)熱。（4）組織帶電作業(yè)將終端頭出線(xiàn)桿線(xiàn)掌與跳線(xiàn)連接處螺絲進(jìn)行緊固，后測(cè)得原發(fā)熱點(diǎn)溫度趨于正常，局部溫差降至2.5度左右。

3.2 110kV迪中線(xiàn)電纜終端發(fā)熱。

110kV迪中線(xiàn)在測(cè)溫時(shí)發(fā)現(xiàn)其N(xiāo)11塔A相電纜終端靠底部有兩處明顯的發(fā)熱，位于終端的應(yīng)力錐根部和頂部處，發(fā)熱點(diǎn)為31.4度和29.2度而正常溫度為27度,兩處終端傘裙明顯發(fā)黑，即電場(chǎng)強(qiáng)度變化明顯處。

這類(lèi)型的發(fā)熱主要在預(yù)制式終端預(yù)制附件與交聯(lián)電纜絕緣的界面，在此位置出現(xiàn)溫升，主要有以下幾種原因：（1）電纜附件本身原因。附件自身質(zhì)量不過(guò)關(guān)。（2）電纜主絕緣偏心度過(guò)大，電纜生產(chǎn)工藝較差，電纜質(zhì)量不過(guò)關(guān)。因此，電纜絕緣應(yīng)盡量圓整；預(yù)制件與交聯(lián)電纜絕緣界面應(yīng)有均勻的軸向及徑向應(yīng)力力。（3）電纜主絕緣表面不光滑。由于施工工藝的原因，電纜主絕緣表面打磨不夠光滑，影響電纜附件內(nèi)部絕緣構(gòu)件的擊穿強(qiáng)度。（4）電纜主絕緣外半導(dǎo)體屏蔽層斜坡及斷口處理不平整。電纜附件在施工過(guò)程中，由于電纜屏蔽層有一定厚度，需要將外半導(dǎo)電屏蔽層均勻過(guò)度做斜坡處理，并且屏蔽層的斷口要求平整，否則，將會(huì)由于這些位置的重復(fù)放點(diǎn)引起運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生局部溫升現(xiàn)象。

4　紅外監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用要素

紅外監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展效果與檢測(cè)人員的技術(shù)手段及方法都有密切關(guān)系，從檢測(cè)儀器的調(diào)試、現(xiàn)場(chǎng)拍攝到圖像的分析及處理都至關(guān)重要。因此，我們?cè)诹私饧t外測(cè)溫儀器工作原理、操作方法的同時(shí)，還必須對(duì)線(xiàn)路設(shè)備的運(yùn)行模式，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了解。結(jié)合紅紅外測(cè)溫工作中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，總結(jié)出紅外檢測(cè)時(shí)應(yīng)注意的一些問(wèn)題：（1）應(yīng)帶負(fù)荷運(yùn)行。因帶負(fù)荷運(yùn)行的電纜設(shè)備有電流或電壓作用才能發(fā)現(xiàn)內(nèi)部發(fā)熱情況，能夠比較有效的發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)熱缺陷。（2）拍攝角度應(yīng)盡量與被測(cè)設(shè)備垂直，如終端及避雷器，可以避免傘裙影響，也使得成像更加清晰準(zhǔn)確。 （3）避免高溫下檢測(cè)設(shè)備發(fā)熱情況。高溫情況下，設(shè)備發(fā)熱情況會(huì)被環(huán)境所掩蓋，因此，應(yīng)在晚上或陰天時(shí)進(jìn)行。（4）測(cè)試地點(diǎn)應(yīng)避免有熱浪或輻射的地方，以免對(duì)測(cè)試及圖片分析判斷結(jié)果造成干擾。（5）測(cè)試時(shí)，根據(jù)儀器情況，可將環(huán)境背景調(diào)暗，這樣發(fā)熱點(diǎn)可以有效，明顯的顯現(xiàn)在圖像中。（6）當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)疑似缺陷時(shí)，應(yīng)多角度、多方位的進(jìn)行拍攝，綜合比較，最大限度地反映缺陷狀況。

結(jié)語(yǔ)

紅外監(jiān)測(cè)技術(shù)可以有效的發(fā)現(xiàn)設(shè)備的發(fā)熱缺陷隱患，通過(guò)對(duì)設(shè)備發(fā)熱情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使部分設(shè)備缺陷實(shí)現(xiàn)可控和在控，同時(shí)也使?fàn)顟B(tài)檢修成為可能。通過(guò)有計(jì)劃的周期性紅外檢測(cè)，尤其是對(duì)數(shù)量巨大的電纜終端頭及避雷器，紅外測(cè)溫技術(shù)可以有效的檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況，從而實(shí)現(xiàn)有計(jì)劃、有目的的消除隱患，確保電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]DL/T596-1996，電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[S]．

中圖分類(lèi)號(hào)：TN21

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A