在高壓電氣設(shè)備故障診斷中應(yīng)用紅外檢測技術(shù)的分析

福建省三鋼集團(tuán)動力廠維修車間 張 鵬

在高壓電氣設(shè)備故障診斷中應(yīng)用紅外檢測技術(shù)的分析

福建省三鋼集團(tuán)動力廠維修車間 張 鵬

目前，紅外檢測技術(shù)已成為我國高壓電氣設(shè)備故障診斷的主要檢測方法。利用紅外檢測技術(shù)，可保證高壓電氣設(shè)備無損運(yùn)行，這對于有效控制高壓電氣設(shè)備正常運(yùn)行，避免高壓電氣設(shè)備故障發(fā)生，保證設(shè)備的高效運(yùn)行具有重要意義。本文主要介紹了高壓電氣設(shè)備的主要故障、診斷原理以及紅外檢測技術(shù)診斷高壓電氣設(shè)備的應(yīng)用及診斷機(jī)理，以期為紅外檢測技術(shù)在高壓電氣設(shè)備故障檢測中的應(yīng)用提供參考。

高壓電氣設(shè)備；故障診斷；紅外檢測技術(shù)

電力是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要能源供應(yīng)形式，隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，對電力的需求呈現(xiàn)快速增長的模式，高壓電力設(shè)備的工作負(fù)荷不斷突破新高。在此情況下，高壓電氣設(shè)備的熱缺陷故障不斷產(chǎn)生，這樣一來，對高壓電氣設(shè)備的正常運(yùn)行帶來很大不便，直接影響著我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)工程，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了避免高壓電氣設(shè)備的故障發(fā)生，及時(shí)有效的消除設(shè)備故障，保證高壓電力設(shè)備持續(xù)高效的運(yùn)行，紅外檢測技術(shù)被應(yīng)用于高壓電氣設(shè)備的故障診斷中。此技術(shù)能夠保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的熱缺陷故障，利于人們防患于未然，有效降低了電力設(shè)備的熱故障發(fā)生率。

1 紅外檢測技術(shù)的原理

紅外檢測技術(shù)即紅外在線測溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)是將紅外成像儀放置在在可控高精度數(shù)字電動萬向云臺，同時(shí)根據(jù)高壓電氣設(shè)備的實(shí)際位置以及紅外測溫系統(tǒng)的有效測溫距離安置在高壓電氣設(shè)備構(gòu)架之上?？墒謩诱{(diào)節(jié)監(jiān)測角度或者進(jìn)行巡航監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)及紅外成像會自動保存，并且生成數(shù)據(jù)報(bào)表，監(jiān)測人員可根據(jù)此報(bào)表判斷設(shè)備運(yùn)行情況。另外，可手動設(shè)置溫度閾值，若檢測溫度超過閾值，系統(tǒng)可自動報(bào)警，監(jiān)測人員根據(jù)情況及時(shí)進(jìn)行監(jiān)測修整。

2 高壓電力設(shè)備主要故障及診斷原理

2.1 接觸電阻損耗增大故障

電氣設(shè)備的電力系統(tǒng)中，所有的金屬導(dǎo)體都存在一定大小的電阻。當(dāng)回路中有電流通過這些導(dǎo)體時(shí)，由于電阻的存在，電能的一部分便會以熱量的形式消耗掉。由于電阻的存在而產(chǎn)生的發(fā)熱功率計(jì)算公式為：P=I2R，其中P表示該導(dǎo)體的發(fā)熱功率，I表示通過該導(dǎo)體的電流；R表示該導(dǎo)體的電阻。當(dāng)電氣設(shè)備之間接觸不良時(shí)，該處電阻值增大，導(dǎo)致發(fā)熱功率明顯比附近的導(dǎo)體功率要高，因此導(dǎo)致該處溫度升高，發(fā)熱明顯。

2.2 介質(zhì)損耗增大故障

此處的介質(zhì)主要包括電氣設(shè)備中的電介質(zhì)以及導(dǎo)體周圍的電氣絕緣油等。在交流電場中，由于電氣設(shè)備系統(tǒng)中的介質(zhì)極化方向一直在改變，因此消耗電能而產(chǎn)生熱損耗。熱損耗功率計(jì)算公式為：P=U2wCtanD。其中U表示電氣設(shè)備中的電壓值；w表示交變電壓角頻率；C表示介質(zhì)的等值電容；tanD表示介質(zhì)損耗角正切值。高壓電氣設(shè)備正常運(yùn)行過程中也會產(chǎn)生一定的介質(zhì)熱損耗。當(dāng)高壓電氣設(shè)備中的絕緣介質(zhì)受到破壞時(shí)，介質(zhì)損耗角的正切值會增大，使得介質(zhì)熱損耗功率增大，最終導(dǎo)致電氣設(shè)備運(yùn)行溫度增加，故障產(chǎn)生。

2.3 鐵磁損傷增大故障

由于設(shè)備結(jié)構(gòu)不合適以及鐵芯材質(zhì)低劣、芯片與芯片之間的絕緣損傷等造成設(shè)備內(nèi)部的短路，造成回路產(chǎn)生磁飽和或磁滯，在芯片間短路處產(chǎn)生環(huán)流，從而引起電能損耗產(chǎn)生熱量。

2.4 缺油

在高壓電氣設(shè)備運(yùn)行過程中由于故障導(dǎo)致滲油或電氣設(shè)備變壓器的套管排氣故障等引發(fā)缺油，可能會導(dǎo)致油面放電，引起電氣設(shè)備表面溫度升高。這種情況一方面是由于設(shè)備內(nèi)油位的上下介質(zhì)之間不同的熱特性參數(shù)值引起；另一方面是由于放電產(chǎn)生熱損耗。

2.5 電壓分布異常和電流泄露過大故障

高壓電氣設(shè)備在正常運(yùn)行狀態(tài)下，回路中存在特定的泄露電流及電壓分布設(shè)備，它們是輸電線路絕緣子和避雷器。在高壓電氣設(shè)備正常運(yùn)行情況下，它們不會出現(xiàn)問題，可當(dāng)高壓電氣設(shè)備中部分出現(xiàn)故障時(shí)，分布在這些設(shè)備中的電壓和泄露電流就會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電氣設(shè)備表面溫度分布出現(xiàn)變化。

3 紅外檢測技術(shù)在高壓電氣設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用舉例

3.1 檢測電流、電壓互感器的內(nèi)部缺陷

高壓電器設(shè)備在正常運(yùn)行狀態(tài)下，電流互感器會有較大電流通過，且電壓較高，電流互感器內(nèi)部的鐵、銅介質(zhì)損耗引發(fā)設(shè)備升溫，而受到高電壓的作用，電流互感器內(nèi)的絕緣介質(zhì)也會損耗致使設(shè)備升溫，兩面夾擊之下設(shè)備升溫明顯。除此之外，電流互感器鐵芯片之間部分出現(xiàn)短路情況、絕緣介質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)大量氣隙、電場中出現(xiàn)雜物以及高壓電氣設(shè)備內(nèi)電場異常分布以及由于加工工藝缺陷而導(dǎo)致的絕緣層松動等這些因素，都是導(dǎo)致高壓電器設(shè)備局部溫度過高的原因。這些問題可以利用紅外檢測技術(shù)進(jìn)行檢測并且迅速判定故障類型。

由于電壓互感器的熱容較小、且體積不大，導(dǎo)致電壓互感器內(nèi)部的鐵、銅以及絕緣介質(zhì)等極易出現(xiàn)損耗。由于這些介質(zhì)的損耗而導(dǎo)致熱功率增加從而導(dǎo)致電壓互感器表面溫度升高。應(yīng)用紅外檢測技術(shù)診斷電壓互感器時(shí)，可排除電壓互感器內(nèi)部鐵芯片之間的短路情況以及互感器內(nèi)部線圈短路等問題，有利于提高故障判斷的準(zhǔn)確性。

3.2 檢測高壓套管內(nèi)部問題

若油紙電容式套管密封欠缺的條件下，一旦浸水會導(dǎo)致電容芯絕緣材料受潮、加速老化，很容易導(dǎo)致絕緣開裂，一旦絕緣出現(xiàn)開裂則會導(dǎo)致開裂部位出現(xiàn)放電現(xiàn)象、高壓套管內(nèi)部缺油，從而導(dǎo)致套管介質(zhì)損耗增大等情況。由于高壓套管內(nèi)部介質(zhì)損耗而導(dǎo)致的套管表面溫度升高幅度為1℃，如果在工作環(huán)境中發(fā)現(xiàn)高壓套管的表面溫度升高幅度高出0.3℃-0.9℃時(shí)，標(biāo)志著高壓套管內(nèi)部介質(zhì)損耗已超限定值。這種問題一旦出現(xiàn)則會使得油位快速下降、充油套管缺油等問題。當(dāng)套管油位下降較多時(shí)，則會在空氣和油的界面處產(chǎn)生較明顯的溫度差。此時(shí)，可根據(jù)假油位及缺油熱像特征利用紅外檢測技術(shù)診斷套管內(nèi)出現(xiàn)的問題。

3.3 監(jiān)測斷路器以及避雷器的內(nèi)部問題

利用紅外檢測技術(shù)可診斷的斷路器的內(nèi)部缺陷問題包括斷路器內(nèi)部受潮、缺油以及中間觸頭、動靜觸頭、靜觸頭等接觸不良的缺陷；可利用紅外檢測技術(shù)診斷的避雷器運(yùn)行故障包括在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的溫度分布異常、局部溫度升高、相間溫差增大等故障。利用紅外熱成像技術(shù)與帶電檢測技術(shù)配合使用，可診斷因閥片破損導(dǎo)致的整體或局部元件發(fā)熱以及避雷器受潮導(dǎo)致的故障和非故障元件發(fā)熱等的問題。

3.4 檢測電抗器內(nèi)部問題

對于電抗器而言，漏磁是其主要問題。電抗器的結(jié)構(gòu)與變壓器很相像，但是電抗器相對簡單一點(diǎn)。若在高壓電器設(shè)備運(yùn)行過程中，電抗器出現(xiàn)漏磁問題，且問題較嚴(yán)重的情況下，在電抗器的外箱表面會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并且按照電抗器外殼螺栓的流動路徑進(jìn)行環(huán)流，一旦出現(xiàn)這種問題，則會導(dǎo)致電抗器外殼局部高溫，螺栓溫度升高，甚至導(dǎo)致絕緣油出現(xiàn)異常色譜。這種問題發(fā)生時(shí)，若利用紅外檢測技術(shù)，紅外熱成像呈現(xiàn)出來的是一個(gè)熱場分布圖，該熱場分布圖是以過熱螺栓或環(huán)流區(qū)域?yàn)橹行摹?/p>

4 小結(jié)

高壓電氣設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展，保證其高效持續(xù)運(yùn)行是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的有效手段。紅外檢測技術(shù)診斷高壓電氣設(shè)備已得到廣泛認(rèn)可和應(yīng)用，紅外檢測技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展直接影響著高壓電氣設(shè)備的故障監(jiān)測。該技術(shù)相關(guān)研究人員應(yīng)該加強(qiáng)紅外檢測技術(shù)在高壓電氣設(shè)備故障檢測中的技術(shù)應(yīng)用研究，不斷總結(jié)規(guī)律，提升檢測效率，逐步提高紅外檢測技術(shù)在高壓電氣設(shè)備故障檢測中的應(yīng)用效果。

[1]莫順強(qiáng).紅外熱像故障診斷技術(shù)在高壓電氣設(shè)備中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014(30):196.

[2]吳繼平,李躍年.紅外熱成像儀應(yīng)用于電力設(shè)備故障診斷[J].電力設(shè)備,2012,5(35):57-58.