變電運(yùn)維中電壓致熱型缺陷的紅外測(cè)溫方法分析

鄭學(xué)斌，劉 玥，屠聰為

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063)

電壓致熱型設(shè)備通常指套管、避雷器、電壓互感器、耦合電容器等。這些設(shè)備往往由于內(nèi)部缺陷(如介損增大、局部放電等)，或者外部缺陷(如裂紋導(dǎo)致防水破壞、瓷介質(zhì)表面污穢等)導(dǎo)致電壓分布異常，泄漏電流增大產(chǎn)生故障。這類設(shè)備致熱效應(yīng)主要是由電壓引起，與負(fù)荷電流無(wú)關(guān)。紅外測(cè)溫是診斷設(shè)備缺陷的重要手段，具有普查效率高、檢測(cè)靈敏可靠、不停電、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的預(yù)防性試驗(yàn)相比，紅外測(cè)溫更能有效地檢測(cè)出與運(yùn)行電壓、負(fù)荷電流有關(guān)的設(shè)備缺陷，為設(shè)備的前期隱患預(yù)警、設(shè)備故障及狀態(tài)檢修提供有利的科學(xué)依據(jù)[1]。

1 穿墻套管電壓致熱型缺陷

運(yùn)維人員在對(duì)220 kV某站1號(hào)主變110 kV穿墻套管進(jìn)行紅外測(cè)溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)C相末屏存在異常熱點(diǎn)，溫度為16.4℃，比A相末屏相同位置處高出4.7℃，比B相末屏相同位置處高出2.8℃。檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)熱位置為C相末屏。

穿墻套管的額定電流大于主變壓器額定電流，導(dǎo)電體直徑是能滿足載流量要求的，一般情況下不應(yīng)出現(xiàn)局部發(fā)熱現(xiàn)象。電壓致熱性故障是由于內(nèi)部絕緣裝置的異常、電壓的不正常分布、電流的泄漏等原因造成的。在故障早期階段，如果使用傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)是很難被發(fā)現(xiàn)的。如果發(fā)現(xiàn)溫差的數(shù)值高于總數(shù)值的30%，則意味著設(shè)備存在著巨大的缺陷或安全隱患。運(yùn)維人員應(yīng)引起注意，考慮是否為電壓致熱型問(wèn)題。

根據(jù)紅外熱像及DL/T 664—2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》得出，該穿墻套管C相存在電壓致熱型缺陷。

根據(jù)相對(duì)溫差計(jì)算公式[2-3]，計(jì)算兩個(gè)對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)之間的溫度與其中較熱點(diǎn)的溫升之比的百分?jǐn)?shù)，即

(1)

式中τ1，τ2——發(fā)熱點(diǎn)、正常相對(duì)應(yīng)點(diǎn)的溫升；T1，T2——發(fā)熱點(diǎn)、正常相對(duì)應(yīng)點(diǎn)的溫度；T0——被測(cè)設(shè)備區(qū)域的環(huán)境溫度。

計(jì)算得C相與A相的相對(duì)溫差為73.4%。因此，判斷該穿墻套管的發(fā)熱缺陷為嚴(yán)重缺陷。

停電檢修拆下末屏對(duì)其進(jìn)行解體，末屏的接地情況已經(jīng)被破壞，這種情況下末屏對(duì)地形成了一個(gè)電容，這個(gè)電容遠(yuǎn)小于套管本身的電容。按照電容串聯(lián)原理，將在末屏與地之間分布很高的懸浮電壓，從而造成末屏局部發(fā)熱。運(yùn)維班組在紅外測(cè)溫檢測(cè)時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨后檢修班組快速處置，確保了電網(wǎng)的安全運(yùn)行。由此可見(jiàn)，紅外測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用為設(shè)備前期的隱患預(yù)警、設(shè)備的故障狀態(tài)檢修提供有利的支撐。

2 變電運(yùn)維中的紅外測(cè)溫技術(shù)及其優(yōu)點(diǎn)

紅外測(cè)溫技術(shù)具有不接觸、遠(yuǎn)距離、不取樣、不解體特點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)利用自身的功能將熱輻射轉(zhuǎn)化為圖像，使測(cè)試效果更直觀、更快速、更準(zhǔn)確。紅外測(cè)溫技術(shù)在采集電力設(shè)備熱輻射的基礎(chǔ)上，能夠檢查設(shè)備的溫度，并同其他監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行比較。

紅外測(cè)溫技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1) 紅外線監(jiān)測(cè)設(shè)備體積相對(duì)較小，多為手持式，在使用過(guò)程中是不需要任何設(shè)備輔助的，并且能夠隨時(shí)移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)全方位、多角度的監(jiān)測(cè)。

(2) 紅外測(cè)溫技術(shù)本身具有輻射功能，能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立工作，并且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性、時(shí)效性有保證。

(3) 因?yàn)榫哂胁唤佑|，遠(yuǎn)距離的優(yōu)勢(shì)，在不同電壓等級(jí)的變電運(yùn)維工作背景環(huán)境下，可以顯著提升變電站的巡視效率，并且確保巡視的安全性。

(4) 便捷存儲(chǔ)圖像與數(shù)據(jù)，可利用軟件實(shí)現(xiàn)圖像和數(shù)據(jù)的有效結(jié)合，并且實(shí)現(xiàn)不同變電站之間的數(shù)據(jù)共享，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行可視化分析。

(5) 因其數(shù)據(jù)的客觀性與科學(xué)性，避免了運(yùn)維人員的主觀判斷。

3 變電運(yùn)維紅外測(cè)溫方法

在測(cè)溫操作前，被測(cè)目標(biāo)面積應(yīng)充滿測(cè)溫儀視場(chǎng)。當(dāng)視場(chǎng)比目標(biāo)尺寸大時(shí)，輻射能量會(huì)融入測(cè)溫設(shè)備，增大測(cè)定誤差；當(dāng)視場(chǎng)比目標(biāo)尺寸小時(shí)，測(cè)溫設(shè)備不會(huì)被測(cè)量區(qū)域外的背景干擾。測(cè)溫設(shè)備所處的自然條件對(duì)實(shí)際測(cè)量結(jié)果有較大的影響，所以要考慮充分并且采取合理的對(duì)策加以解決[4]。測(cè)溫時(shí)在滿足前提的條件下，盡量減小測(cè)量距離，保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)。為避免環(huán)境與背景的干擾，測(cè)溫多選在陰天與傍晚進(jìn)行。

在變電運(yùn)維工作中，常用的測(cè)溫技巧有以下3種。

(1)同類比較判斷。對(duì)于電壓致熱型設(shè)備，因溫差小，應(yīng)根據(jù)同一組設(shè)備不同的三相以及同相之間，同類設(shè)備之間對(duì)應(yīng)部位的溫差進(jìn)行比較分析，如同套管末屏發(fā)熱缺陷。

(2)圖像的特征判別。將同類設(shè)備的正常和異常狀態(tài)下的紅外圖進(jìn)行比較，從而判斷設(shè)備是否處于正常。在這種情況下，盡量排除干擾因素對(duì)圖像的影響，比如溫濕度光照條件等。

(3)留檔圖譜分析。對(duì)同一設(shè)備的持續(xù)跟蹤與圖譜留檔，分析該設(shè)備不同時(shí)期的溫度變化與溫度場(chǎng)變化，找出設(shè)備可能存在的問(wèn)題。

4 紅外測(cè)溫的運(yùn)維建議與思考

變電站運(yùn)維工作主要是設(shè)備巡視，要求運(yùn)維工作人員不僅要巡查各類安全隱患問(wèn)題，還要檢查設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。傳統(tǒng)巡視采用觀察、接觸、聽(tīng)覺(jué)這3種手段，其中觀察存在著較大的缺陷性，很難及時(shí)檢查出部分電壓設(shè)備的缺陷，容易導(dǎo)致電力設(shè)備出現(xiàn)發(fā)熱狀態(tài)。在發(fā)熱狀態(tài)之初，技術(shù)人員很難發(fā)現(xiàn)，要在一定程度之后才能夠發(fā)現(xiàn)，但此時(shí)設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)了不同程度的損壞，導(dǎo)致電力設(shè)備的缺陷產(chǎn)生。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，在變電站設(shè)備故障中發(fā)熱設(shè)備缺陷占據(jù)約55%的比例，依靠聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)的檢查方式無(wú)法準(zhǔn)確檢查出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)[5]。紅外測(cè)溫在變電運(yùn)維的過(guò)程中就顯得非常重要，并且需要結(jié)合實(shí)際情況，制定最佳的監(jiān)測(cè)方式，監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。該類套管設(shè)備處于半開(kāi)放式狀態(tài)，此類設(shè)備因長(zhǎng)期有頂棚的存在，無(wú)法像敞開(kāi)式設(shè)備一樣有雨水沖刷，并且該類套管安裝方式為橫置。隨著運(yùn)行時(shí)間的推移會(huì)存在臟污灰塵聚集于套管上半部分，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行造成影響，可能會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱的情況。由于位于設(shè)備下方，利用紅外測(cè)溫設(shè)備進(jìn)行測(cè)溫時(shí)因角度原因，極其容易遺漏此類發(fā)熱點(diǎn)的測(cè)溫。在測(cè)溫時(shí)，不以單一設(shè)備的單一角度熱成像圖作為唯一評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

運(yùn)維人員的技術(shù)水平關(guān)系到運(yùn)維工作的質(zhì)量，在變電運(yùn)維工作開(kāi)展的過(guò)程中，需要對(duì)紅外測(cè)溫技術(shù)進(jìn)行培訓(xùn)，不只是學(xué)會(huì)用設(shè)備，更要學(xué)會(huì)紅外測(cè)溫的各類方法，才能在測(cè)溫的過(guò)程中第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)可能存在的缺陷，予以重視，確保電網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行。