220 kV變電站紅外帶電檢測(cè)技術(shù)研究及應(yīng)用

摘 要：文章主要介紹了紅外帶電檢測(cè)技術(shù)原理，鑒于紅外帶電檢測(cè)技術(shù)在變電設(shè)備發(fā)熱缺陷診斷方面的優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)將其充分應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備。

關(guān)鍵詞：紅外帶電檢測(cè)技術(shù);缺陷診斷;電力系統(tǒng)

0? 引言

隨著電壓等級(jí)的提高，設(shè)備絕緣距離加大，在更高電壓、更遠(yuǎn)距離的設(shè)備上，紅外測(cè)溫的優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯，目前已被廣泛地應(yīng)用在變電設(shè)備和輸電線路的日常巡檢和故障分析之中。

1 紅外帶電檢測(cè)技術(shù)原理

紅外線輻射是一種最常見的電磁波輻射，自然界物體的溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，就會(huì)向外輻射紅外線，這些紅外線能反映物體的溫度特征信息，這就為利用紅外技術(shù)探測(cè)物體實(shí)際溫度提供了理論基礎(chǔ)[1]。

黑體是一個(gè)理想的輻射體，具有吸收、輻射、反射、穿透紅外輻射的能力。紅外測(cè)溫儀是經(jīng)黑體標(biāo)定后，通過測(cè)量被測(cè)物體紅外輻射能量，從而確定被測(cè)物體溫度。電力設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，在電流、電壓的作用下就會(huì)產(chǎn)生并釋放熱量，這些熱量可能來自各個(gè)方面，比如電阻損耗、介質(zhì)損耗、鐵損等。

2 電氣設(shè)備故障發(fā)熱機(jī)理

2.1 電氣設(shè)備外部故障

電氣設(shè)備在環(huán)境溫度的影響下，可能出現(xiàn)熱脹冷縮，導(dǎo)致電氣設(shè)備連接部位出現(xiàn)故障[2]，在雨雪天氣下，可能出現(xiàn)受潮、短路等現(xiàn)象。在攜帶有害氣體和酸、堿、鹽等粒子的環(huán)境下，可能使接頭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。長(zhǎng)期運(yùn)行也可能導(dǎo)致電氣設(shè)備老化、損壞。具體表現(xiàn)為避雷器受潮或并聯(lián)電阻老化、線路絕緣子劣化或積污嚴(yán)重、電壓分布異常和泄漏電流增大故障等方面。

2.2 電氣設(shè)備內(nèi)部導(dǎo)流回路故障

電氣設(shè)備如果安裝工藝不精湛、驗(yàn)收不到位，那么就有可能出現(xiàn)接頭部位連接不良的情況，比如定子繞組線棒接頭焊接不良、電流互感器大螺桿接頭連接不良、變壓器套管內(nèi)部引線連接不良等，可能會(huì)在電氣設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生導(dǎo)流回路故障。

2.3 鐵磁損耗或渦流故障

很多電氣設(shè)備內(nèi)部都含有大量的繞組線圈或是磁路，如果出現(xiàn)定子鐵芯過熱，變壓器、互感器鐵芯間短路，電流互感器二次繞組回路阻抗過大等情況，那么就可能導(dǎo)致電氣設(shè)備內(nèi)部溫度升高，嚴(yán)重時(shí)，還可能導(dǎo)致電氣設(shè)備整體溫度升高。

2.4 電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣故障

電氣設(shè)備如果出現(xiàn)定子繞組主絕緣劣化、脫殼與擊穿，變壓器套管或避雷器進(jìn)水受潮，設(shè)備絕緣老化、變形等故障，那么就可能會(huì)在電氣設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生放電現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電氣設(shè)備發(fā)熱，或者使其絕緣性能大大降低，直接威脅到電氣設(shè)備正常運(yùn)行。

2.5 油浸式設(shè)備缺油故障

變電站內(nèi)含有很多油浸式設(shè)備，這些電氣設(shè)備內(nèi)部裝的油具有良好的絕緣性能，包圍著電氣設(shè)備的部件。一旦出現(xiàn)變壓器套管、電流互感器等漏油情況，就會(huì)引起這些電氣設(shè)備部件表面溫度異常升高，從而導(dǎo)致電氣設(shè)備發(fā)熱。

3 變電設(shè)備紅外診斷管理規(guī)范

3.1 現(xiàn)場(chǎng)操作方法

日常紅外測(cè)溫分為一般檢測(cè)和精確檢測(cè)兩種，操作人員應(yīng)熟悉現(xiàn)場(chǎng)操作方法，對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行正確測(cè)溫[3]。一般檢測(cè)和精確檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)操作方法如下。

一般檢測(cè)時(shí)：首先，校準(zhǔn)儀器，進(jìn)行大面積檢測(cè);其次調(diào)整設(shè)備參數(shù)，發(fā)射率一般選為0.9;再次，遠(yuǎn)距離對(duì)所有被測(cè)設(shè)備進(jìn)行全面掃描;最后，調(diào)整畫面，以彩色顯示方式為佳，使圖像具有清晰的溫度層次顯示。

精確檢測(cè)時(shí)：首先，使被測(cè)設(shè)備充滿紅外測(cè)溫儀整個(gè)畫面，不宜太小，也不宜過大;其次，選取最佳站位，能將電氣設(shè)備三相保存在一個(gè)畫面中就只保存一張測(cè)溫圖片;再次，考慮溫濕度、距離等影響，并選取合適的測(cè)溫范圍;最后，詳細(xì)記錄負(fù)荷電流、額定電流、電壓等參數(shù)。

3.2 紅外檢測(cè)周期

220 kV變電站紅外檢測(cè)每年不少于兩次，大負(fù)荷前、停電檢修及預(yù)試前還應(yīng)適當(dāng)增加檢測(cè)次數(shù)[4]。對(duì)于新建、改擴(kuò)建或大修后設(shè)備或線路，投運(yùn)帶負(fù)荷24 h后至1個(gè)月內(nèi)至少進(jìn)行1次紅外檢測(cè);對(duì)變壓器、斷路器、避雷器、CT、PT、電纜接頭等進(jìn)行精確檢測(cè)時(shí)，應(yīng)做好紅外圖譜庫(kù)并存檔。

3.3 判斷方法

判斷方法主要有4種，具體如下：

（1）表面溫度判斷法。溫度或溫升超標(biāo)，根據(jù)超標(biāo)程度、負(fù)荷率大小、設(shè)備重要性等確定設(shè)備缺陷性質(zhì)。

（2）同類比較判斷法。對(duì)三相、同相或同類設(shè)備之間對(duì)應(yīng)部位溫差比較分析，電壓致熱型設(shè)備利用圖像特征進(jìn)行判斷，電流致熱型利用相對(duì)溫差法進(jìn)行判斷。

（3）檔案分析判斷法。對(duì)同一設(shè)備不同時(shí)期的溫度場(chǎng)分布進(jìn)行分析判斷。

（4）實(shí)時(shí)分析判斷法。通過一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)檢測(cè)某設(shè)備，觀察設(shè)備溫度隨負(fù)載、時(shí)間等的變化情況。

3.4 缺陷處理方法

如果電氣設(shè)備出現(xiàn)一定溫差、溫度場(chǎng)有一定梯度，電氣設(shè)備還可以繼續(xù)運(yùn)行，不會(huì)引起事故時(shí)，應(yīng)做好記錄、觀察、利用停電進(jìn)行檢修或有計(jì)劃地安排檢修[5]。

如果電氣設(shè)備出現(xiàn)過熱程度嚴(yán)重、溫度場(chǎng)分布梯度較大、溫差較大等需要盡快處理的情況時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電流致熱型設(shè)備的監(jiān)測(cè)，或降低負(fù)荷電流，對(duì)于電壓致熱型設(shè)備還應(yīng)及時(shí)告知檢修，通知檢修復(fù)測(cè)，性質(zhì)確定后立即消缺。

如果電氣設(shè)備出現(xiàn)最高溫度超過國(guó)標(biāo)規(guī)定的最高允許溫度等需要立即處理的情況時(shí)，應(yīng)立即采取降低電氣設(shè)備負(fù)荷或退出運(yùn)行，立即進(jìn)行消缺。

4 紅外帶電檢測(cè)診斷實(shí)例

本文通過利用天鉑紅外熱像儀對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行紅外測(cè)溫，并利用相關(guān)功能軟件進(jìn)行圖譜分析。根據(jù)紅外熱圖像參數(shù)信息確定設(shè)備故障屬性、所處位置以及影響情況。

4.1 案例概況

某220 kV變電站在進(jìn)行紅外精確測(cè)溫過程中，發(fā)現(xiàn)位于220 kV Ⅲ段母線CVT頂部西側(cè)耐張絕緣子串A相（由西往東第三節(jié)）發(fā)熱，靠導(dǎo)線側(cè)第3個(gè)絕緣子瓷瓶金屬碗頭32.9 ℃，與同串其他絕緣子29.1 ℃，溫差3.8 K。

4.2 檢測(cè)過程

發(fā)熱絕緣子是70 kN白色雙傘交流盤形懸式瓷瓶絕緣子，型號(hào)為（XWP-70），該變電站紅外測(cè)溫參數(shù)如表1所示。

根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司變電檢測(cè)通用管理規(guī)定第1分冊(cè)紅外熱像檢測(cè)細(xì)則》，電壓致熱性設(shè)備缺陷診斷判據(jù)為設(shè)備類別和部位：瓷絕緣子。熱像特征：以鐵帽為發(fā)熱中心的熱像圖（見圖1）其比正常絕緣子溫度高。故障特征：低值絕緣子發(fā)熱。

檢測(cè)分析：220 kV Ⅲ段母線CVT頂部西側(cè)耐張絕緣子A相（由西往東第三節(jié)）溫差為3.8 K，屬于電壓致熱型嚴(yán)重缺陷，初步判斷絕緣子發(fā)熱節(jié)段可能受損劣化，從而引起發(fā)熱。

4.3 案例總結(jié)

零值絕緣子是架空線路絕緣子串兩端電位差為零的絕緣片，絕緣電阻在500 MΩ以下的絕緣子稱為劣化絕緣子。該絕緣子發(fā)熱是典型線路絕緣子串低值或者零值造成發(fā)熱，原因?yàn)榻^緣子表面劣化或絕緣子內(nèi)部有裂紋。

5 結(jié)語

總之，紅外帶電檢測(cè)技術(shù)能有效地發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備故障，是實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備狀態(tài)檢修的必要手段之一，所以，日常運(yùn)行維護(hù)工作中要積極開展紅外帶電檢測(cè)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉鴻斌，劉連睿，劉少宇.輸變電設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)在華北電網(wǎng)有限公司的應(yīng)用：2009年全國(guó)輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)交流研討會(huì)論文集[C].北京：北京圖書館出版社，2009.

[2]李德剛.紅外診斷技術(shù)在電氣設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)中的研究與應(yīng)用[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2010.

[3]沈長(zhǎng)德，黃強(qiáng)，應(yīng)飛紅.外測(cè)溫技術(shù)在電力系統(tǒng)消除缺陷中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010（24）：101-102.

[4]張勇，王建民，聞麗婷.紅外檢測(cè)技術(shù)在輸變電設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新，2014（8）：1-3.

[5]陳豪，陳原，趙雪松，等.紅外測(cè)溫技術(shù)在復(fù)合絕緣子檢測(cè)中的應(yīng)用[J].電力設(shè)備，2006（9）：42-43.

（編輯 王雪芬）

Research and application of infrared live detection technology of 220 kV substation

Luo Licai

（Xiamen Electric Power Engineering Group Co.， Ltd.， Xiamen 361000， China）

Abstract：This paper mainly introduces the principle of infrared live detection technology. Given the obvious advantages of infrared live detection technology in the diagnosis of heating defects， it should be fully applied in the power system to find the fault equipment in time.

Key words：infrared live detection technology; defect diagnosis; electric power system

作者簡(jiǎn)介：羅禮財(cái)（1985— ），男，福建廈門人，電力電氣中級(jí)工程師，本科;研究方向：變電運(yùn)行維護(hù)。