紅外檢測(cè)技術(shù)在避雷器故障檢測(cè)中的應(yīng)用研究

辛達(dá)戊

（國網(wǎng)陜西省電力公司漢中供電公司）

紅外檢測(cè)技術(shù)在避雷器故障檢測(cè)中的應(yīng)用研究

辛達(dá)戊

（國網(wǎng)陜西省電力公司漢中供電公司）

紅外線檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于避雷器故障檢測(cè)中有意想不到的良好效果，紅外線檢測(cè)技術(shù)可以探查到避雷器局部異常發(fā)熱的狀況，保證檢修人員能迅速及時(shí)的排除故障，保證避雷器的正常運(yùn)行狀態(tài)。本文分析了避雷器常見的故障原因，對(duì)紅外線檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行故障分析的原理進(jìn)行探討，供技術(shù)人員參考。

紅外線檢測(cè)技術(shù)；避雷器故障；技術(shù)分析

電力設(shè)備在進(jìn)行工作的過程中常常會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，這種現(xiàn)象通常是由于電流和電壓的作用造成的，如果檢修人員不能及時(shí)排查問題，進(jìn)行維修，將會(huì)造成嚴(yán)重事故的發(fā)生。紅外線在線檢測(cè)技術(shù)能夠不停電進(jìn)行故障排查，且檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，所以越來越多地應(yīng)用于電力設(shè)備檢查過程中。

1 簡(jiǎn)述避雷器的結(jié)構(gòu)特征和重要性

避雷器主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的過電壓防護(hù)，即避雷器可以防止雷電波的侵入、線路過電壓和內(nèi)部過電壓對(duì)電力設(shè)備造成的嚴(yán)重危害，通過避雷器可以將電壓限制在一個(gè)安全的范圍內(nèi)，避免電氣設(shè)備受到電壓的過大沖擊?；诒芾灼鞯倪@種重要作用，當(dāng)避雷器發(fā)生故障受到損壞時(shí)，對(duì)電氣設(shè)備造成的嚴(yán)重后果也不可忽視。在這種情況下，我們要對(duì)不同型號(hào)的避雷器進(jìn)行分析，探討不同型號(hào)避雷器在受潮后會(huì)產(chǎn)生什么樣的發(fā)熱故障，以及如何運(yùn)用紅外線檢測(cè)技術(shù)對(duì)這些故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2 FS型普通閥式避雷器

2.1 避雷器的結(jié)構(gòu)特征和正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下的熱像特征

FS型避雷器的主要結(jié)構(gòu)組成包括非線性電阻片和串聯(lián)間隙，常見的閥片非線性系數(shù)在0.2～0.5之間，再加上串聯(lián)間隙的阻隔，當(dāng)避雷器處于正常運(yùn)行狀態(tài)中時(shí)，我們很少能夠檢測(cè)到有電流通過避雷器，除了極少數(shù)的微安級(jí)別的容性電流。在進(jìn)行正常狀態(tài)避雷器分析后，我們可以發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)S型避雷器本身運(yùn)轉(zhuǎn)是不會(huì)產(chǎn)生功率損耗的，發(fā)熱情況也很少發(fā)生，在這種情況下，該結(jié)構(gòu)的熱像特征會(huì)十分接近參照體的外界環(huán)境溫度。

2.2 當(dāng)避雷器受潮產(chǎn)生缺陷后的熱像特征

FS型避雷器發(fā)生故障主要是由于受潮作用引起的。在該避雷器的結(jié)構(gòu)中沒有分支電阻存在，當(dāng)頂部密封元件老化后很容易導(dǎo)致器件受潮，但是這種受潮現(xiàn)象并不容易被發(fā)現(xiàn)。這是由于避雷器處于受潮初期或中期時(shí)，非線性電阻片的電阻雖然會(huì)有所下降，但是能通過的電流仍十分有限，避雷器整體運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱現(xiàn)象并不明顯。但是隨著受潮情況的不斷加劇，閥片很容易發(fā)生水解現(xiàn)象，進(jìn)而造成上部結(jié)構(gòu)的混亂，使得電壓分布不均勻，從而產(chǎn)生放熱現(xiàn)象，另一方面，如果受潮嚴(yán)重導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部水分過多，很容易在串聯(lián)間隙部位凝結(jié)水珠，造成間隙表面電流過大，從而發(fā)生局部放熱現(xiàn)象。

3 FZ型普通閥式避雷器

3.1 避雷器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和正常情況下的熱像特征

當(dāng)電氣設(shè)備的涌流量較大，對(duì)耐高壓性能提出特殊要求時(shí)，常采用FZ型閥式避雷器對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。在電氣設(shè)備上接入FZ型避雷器可以有效改善串聯(lián)間隙的分壓均勻性，但是在避雷器工作的過程中，不可避免會(huì)產(chǎn)生泄漏電流，這些泄漏電流的流量通常為200～300μA，所以FZ型避雷器在正常運(yùn)行的過程中就會(huì)產(chǎn)生一定的熱量消耗，喪失一些功率，這個(gè)現(xiàn)象一般發(fā)生于分路電阻的周圍。另一方面，由于FZ型避雷器的結(jié)構(gòu)存在差異，對(duì)于高電壓等級(jí)的避雷器來說，由于串聯(lián)的元件組合較多，上部元件泄漏電流量更大，所以發(fā)熱主要集中于上層，是由上向下逐漸減少的，而有的避雷器串聯(lián)間隙由上下兩部分組成，閥片在中間部位，所以在該避雷器運(yùn)行過程中，上下部分都會(huì)發(fā)熱，每一個(gè)元件都會(huì)有微弱熱感。

3.2 避雷器受潮發(fā)生缺陷后的熱線特征

造成FZ型避雷器受潮的罪魁禍?zhǔn)资敲芊饫匣?，由于避雷器的?nèi)部間隙上存在并聯(lián)電阻，這些電阻的數(shù)值遠(yuǎn)高于非線性閥片，所以受潮后電阻值受到的影響也就愈發(fā)明顯。對(duì)于單結(jié)構(gòu)的FZ型避雷器來說，并聯(lián)分路電阻阻值的降低會(huì)讓避雷器中通過的電流量極速增大，因此造成的功率損害也明顯上升。這就導(dǎo)致避雷器發(fā)熱現(xiàn)象明顯。另一方面，當(dāng)器件的密封性明顯降低后，會(huì)有大量的水汽進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，在某些元件表面形成水汽，導(dǎo)致閥片發(fā)生水解反應(yīng)，這些現(xiàn)象都會(huì)引起避雷器內(nèi)部發(fā)熱現(xiàn)象明顯，若不能進(jìn)行及時(shí)的檢修，將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部并聯(lián)分路電阻過熱斷裂，避雷器表面發(fā)熱放電，最終發(fā)生擊穿損害現(xiàn)象。對(duì)于多元件串聯(lián)組合的FZ型避雷器，在受潮初期的發(fā)熱表征并不明顯，但是熱像特征會(huì)由于內(nèi)部元件的運(yùn)行故障而不再符合原本自上而下發(fā)熱的規(guī)律，這也是判斷該避雷器是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)的依據(jù)之一。

4 磁吹避雷器

4.1 結(jié)構(gòu)特征和正常情況下的熱像特征

磁吹避雷器的結(jié)構(gòu)特征與FZ型避雷器相似，在其間隙也存在并聯(lián)的分路電阻進(jìn)行均勻分壓，由前面分析可以知道，這種結(jié)構(gòu)特征的避雷器在運(yùn)行過程中出現(xiàn)電流泄漏和功率損耗現(xiàn)象是不可避免的。磁吹避雷器在正常情況下的熱像特征為瓷套整體發(fā)熱，大部分熱量集中于上部元件中，熱量分布基本遵循自上而下逐漸減少的規(guī)律。對(duì)于多元件組合串聯(lián)結(jié)構(gòu)的避雷器來說，整體熱度分布較為均勻，但是相比較而言仍是上部元件溫度略高一點(diǎn)。

4.2 避雷器受潮發(fā)生缺陷后的熱像特征

從上述的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析中可以發(fā)現(xiàn)，磁吹避雷器與閥式避雷器在電流泄漏和功率損耗方面有一些相通之處，但是從受潮后的缺陷表現(xiàn)與結(jié)構(gòu)特征方面進(jìn)行分析由會(huì)發(fā)現(xiàn)磁吹避雷器與閥式避雷器仍存在本質(zhì)上的區(qū)別。①由于磁吹避雷器中串聯(lián)元件數(shù)目較少，所以進(jìn)行單獨(dú)密封的容器也比較少，這就導(dǎo)致元件與元件之間的相互影響作用較大，一旦一個(gè)元件發(fā)生受潮將會(huì)波及廣泛，危險(xiǎn)性增大；②由于磁吹避雷器的結(jié)構(gòu)體積比較大，不同部位的受潮情況不盡相同，很多熱量在內(nèi)部就能很好的擴(kuò)散出去，所以磁吹避雷器的發(fā)熱現(xiàn)象不容易在外部被發(fā)現(xiàn)，但是由于受潮程度不同局部發(fā)熱現(xiàn)象反而比較嚴(yán)重。對(duì)于串聯(lián)元件組合會(huì)因?yàn)閮?nèi)部受潮不均勻，導(dǎo)致發(fā)熱情況不符合上部較高的規(guī)律，反而出現(xiàn)整體和局部發(fā)熱都很明顯的現(xiàn)象。

5 氧化鋅避雷器

5.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和正常情況下的熱像特征

一般情況下氧化鋅避雷器會(huì)通過一部分容性電流，流量大概在0.5～1.0μA之間，阻性電流所占比例十分小，基于這個(gè)情況，無間隙的氧化鋅避雷器肯定會(huì)在運(yùn)行期間消耗一部分的功率并且產(chǎn)生一定熱量。由于氧化鋅內(nèi)部結(jié)構(gòu)電壓分配比較均勻，所以最終熱量部分也成均勻狀，出現(xiàn)整體輕微發(fā)熱現(xiàn)象。但是對(duì)于結(jié)構(gòu)類型不一樣的氧化鋅避雷器，其熱量分布還是會(huì)呈現(xiàn)出細(xì)小的差別，對(duì)于中小型瓷封套裝的結(jié)構(gòu)，熱量分布比較均勻，但是大部分熱量集中于中間位置處，但是對(duì)于大型瓷封套結(jié)構(gòu)，熱量最高點(diǎn)集中于上部，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)熱量不均勻的情況。

5.2 避雷器受潮發(fā)生缺陷時(shí)的熱像特征

由于氧化鋅擁有金屬的特性，這導(dǎo)致當(dāng)該避雷器受到潮氣侵蝕后，會(huì)大大提升本身的導(dǎo)電性能，使得阻性電流的流量明顯增多，另一方面，當(dāng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部有潮氣進(jìn)入后，會(huì)使電流通過水汽進(jìn)行導(dǎo)電，從而引起整個(gè)外表面的發(fā)熱。對(duì)于多元件串聯(lián)組合而言，無論是輕度受潮還是重度受潮，都會(huì)導(dǎo)致元件本身的阻性電流增強(qiáng)，只是增強(qiáng)程度不同，導(dǎo)致的后果也不盡相同。受潮初期時(shí)元件單純表現(xiàn)為自身發(fā)熱，但是到了受潮嚴(yán)重的時(shí)候，故障元件發(fā)熱嚴(yán)重的同時(shí)還會(huì)將熱量傳遞給正常工作的元件，最終影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的正常工作，造成結(jié)構(gòu)局部甚至整體的溫度上升。

6 小結(jié)

紅外線檢測(cè)技術(shù)擁有獨(dú)特的靈敏性和高效性，利用紅外線技術(shù)進(jìn)行電氣設(shè)備的檢測(cè)分析能夠有效提升電網(wǎng)的安全運(yùn)行，保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益不受影響。由于不同類型的避雷器在正常工作狀態(tài)和受潮狀態(tài)時(shí)的熱像特征是不同的，紅外線檢測(cè)的工作原理是依據(jù)紅外線成像對(duì)不同的避雷器進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)部分析。

[1]喻華.探討紅外檢測(cè)技術(shù)在電氣設(shè)備熱故障預(yù)測(cè)與處理的應(yīng)用[J].通訊世界，2014（15）：56～57.

[2]肖利龍.紅外檢測(cè)技術(shù)在避雷器缺陷檢測(cè)方面的成功應(yīng)用[J].科技展望，2015（17）：128.

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2016-11-8