紅外測溫技術(shù)在特高壓啟動調(diào)試過程中的應用

王 晨，陶加貴，馬 勇，肖 雷，施景壘

(國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇南京211103)

紅外測溫技術(shù)在特高壓啟動調(diào)試過程中的應用

王 晨，陶加貴，馬 勇，肖 雷，施景壘

(國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇南京211103)

紅外測溫技術(shù)目前已成熟應用于電力設(shè)備狀態(tài)檢修、帶電檢測，但在變電站啟動調(diào)試階段鮮有應用。文中通過2起案例介紹了紅外測溫技術(shù)在淮上特高壓工程某1000 kV變電站啟動調(diào)試中的應用，提出了目前啟動調(diào)試過程中進行紅外測溫存在的關(guān)鍵問題以及解決建議。

特高壓；紅外測溫；啟動調(diào)試；消缺

在特高壓工程投運前，對特高壓系統(tǒng)的設(shè)備性能和控制保護功能進行啟動調(diào)試，在初送電過程中進行各項測試，是篩查特高壓系統(tǒng)各類電氣問題的有效手段，也是確保特高壓工程投運后能正常運行的重要環(huán)節(jié)[1]。紅外測溫技術(shù)是目前帶電檢測的重要手段，已成熟應用于各類運行變電站。然而發(fā)熱缺陷發(fā)現(xiàn)易、處理難，尤其是特高壓變電站在運行期間，難以及時停電處理缺陷。因此有必要在調(diào)試階段開展紅外測溫工作，實現(xiàn)關(guān)口前移，把潛在的問題消除在正式投運前,保障電網(wǎng)安全可靠運行。2016年3月淮南—南京—上海特高壓工程啟動調(diào)試期間，國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學研究院采用紅外測溫技術(shù)在某1000 kV變電站發(fā)現(xiàn)數(shù)起異常發(fā)熱缺陷，并跟蹤復檢，評估檢修效果，科學、有效地排除了缺陷隱患。

1 紅外測溫的原理

任何溫度高于絕對零度（-273℃）的物體都會發(fā)出紅外線，又稱紅外輻射。物質(zhì)發(fā)射出的紅外線反應在物體表面的溫度場即“紅外熱像”。運行中的電力設(shè)備因其具有電壓、電流產(chǎn)生熱效應對外輻射產(chǎn)生紅外線電磁波。紅外測溫儀通過吸收紅外輻射能量，檢測設(shè)備表面的溫度及溫度場的分布，從而準確發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備運行中的異常和缺陷。電力設(shè)備不同程度、不同位置、不同性質(zhì)的故障，均會產(chǎn)生不同的溫升且表面溫度分布也會具有不同特征。所以分析處理紅外熱像圖能夠?qū)摲械脑O(shè)備缺陷作出判斷，這就是紅外測溫技術(shù)發(fā)現(xiàn)診斷電力設(shè)備故障的基本原理[2]。

2 特高壓調(diào)試過程中的紅外測溫

不同于日常運行維護，帶電檢測中的紅外測溫，特高壓啟動調(diào)試過程中紅外測溫存在環(huán)境惡劣、檢測時間緊、運行方式復雜、設(shè)備首次帶電等不確定因素。這些均對紅外測溫人員技術(shù)水平提出了很大要求。

2.1 測溫環(huán)境

根據(jù)DL/T 664—2008[3]，一般檢測要求環(huán)境溫度不低于0℃，相對濕度不大于85%，白天天氣以陰天、多云為佳。檢測不宜在雷、雨、霧、雪等惡劣氣象條件下進行，檢測時風速一般不大于5 m/s，精確檢測要求風速一般不大于1.5 m/s。被檢測設(shè)備周圍背景輻射均衡，應避開附近有影響檢測結(jié)果的熱輻射源引起的反射干擾。而變電工程啟動調(diào)試時多難以達到以上要求。

2.2 運行方式

特高壓工程啟動調(diào)試時各線路及無功裝置逐一投切，主變及匯流母線區(qū)域設(shè)備負荷遠低于正常運行時，部分設(shè)備甚至會空載運行。例如特高壓泰州站投切1號主變110 kV側(cè)低壓電抗器、電容器試驗。其110 kV設(shè)備區(qū)域：3組電抗器、4組電容器、1臺站用變逐一投切。110 kV匯流母線1101開關(guān)和1102開關(guān)最大負荷電流約為1200 A，與實際運行時可能達到的4000 A相差甚遠，且投切時最長運行時間均不超過1 h。難以達到DL/T 664—2008規(guī)定“設(shè)備通電時間不少于6 h，最好在24 h以上，被測設(shè)備在不低于30%額定負荷下運行”的紅外測溫要求。泰州站投切1號主變110 kV側(cè)低壓電抗器、電容器試驗系統(tǒng)接線方式如圖1所示。

2.3 測試安全

啟動調(diào)試期間，所有設(shè)備均是初次帶電，且投切頻繁，設(shè)備發(fā)生故障可能性遠大于正常運行。同時缺陷設(shè)備需要足夠的通電時間，才會有明顯溫升，測溫人員需要熟悉投切方案，明確設(shè)備投切情況及帶電時間，提前制定測溫計劃。測試期間應與投切負責人隨時保持聯(lián)系，確保在開關(guān)投切時，測溫人員遠離被投切設(shè)備。

2.4 診斷注意事項

綜合上述，特高壓啟動調(diào)試期間紅外測溫診斷存在以下注意點：

（1）白天光照強烈時，測溫需及時排除反射干擾。（2）風速大時，受風速影響，設(shè)備表面溫度下降，測試人員因根據(jù)具體風速對實測溫度做適當修正或提高缺陷判斷等級[4]。（3）檢測人員需估算實際運行時負荷，并結(jié)合實際檢測時負荷對實測溫度做適當修正或提高缺陷判斷等級。（4）特高啟動調(diào)試時設(shè)備帶電時間有限，需根據(jù)設(shè)備運行時間、負荷和環(huán)境，綜合評估缺陷性質(zhì)。（5）檢測人員需及時給出檢修建議，并于消缺后及時復測。

圖1 泰州站投切1號主變110 kV側(cè)低壓電抗器和電容器試驗系統(tǒng)接線方式

3 案例分析

3.1 1號主變11011閘刀

3.1.1 案例情況

2016年3月10日投切1114低抗期間，紅外測溫發(fā)現(xiàn)1號主變11011閘刀B相接頭（開關(guān)側(cè)）發(fā)熱，其中A相23.2℃、B相200℃、C相50.1℃，相間最大溫差176.8 K。經(jīng)停電檢查，為連接板電接觸表面未除凈氧化層和導電膏未涂抹均勻，導致接觸電阻增大，隨即對其進行處理、消缺。

3.1.2 檢測分析方法

1號主變11011閘刀B相接頭（開關(guān)側(cè)）熱像圖如圖2所示。圖2中最高溫度為200℃。1號主變11011閘刀A相和C相熱像圖如圖3所示。兩相溫度分別為23.2℃，50.1℃，環(huán)境參照溫度為5℃。

根據(jù)公式：

圖2 B相接頭（開關(guān)側(cè)）熱像圖

計算得出相對溫差值為93.3%。熱像圖顯示發(fā)熱缺陷點屬于金屬部件與金屬部件的連接，根據(jù)DL/T 664—2008電流致熱型設(shè)備缺陷診斷判據(jù)：熱點溫度＞130℃或δ≥95%為危急缺陷。考慮到該刀閘在特高壓啟動調(diào)試期間送電時間不到30 min，且負荷僅為實際運行的1/3。日后投運生產(chǎn)時，該缺陷溫度可能遠高于200℃，應當引起重視。

3.1.3 檢修過程

現(xiàn)場結(jié)合紅外圖譜初步判定發(fā)熱點為圖4所示的紅圈內(nèi)螺栓，檢修人員登高使用力矩扳手檢查螺栓，未發(fā)現(xiàn)明顯松動，懷疑為連接板電接觸表面未除凈氧化層或?qū)щ姼辔赐磕ň鶆?。隨后檢修人員使用回路電阻儀測試缺陷位置電阻，測試結(jié)果如表1所示。

圖4 缺陷發(fā)熱點可見光圖片

表1 回路電阻測試數(shù)據(jù) μΩ

回路電阻測試完成后檢修人員拆卸接頭，精細處理接觸面。先用150目細砂紙去除殘留導電膏，再用無水酒精擦拭接觸面，確保表面清潔。然后用刀口尺和塞尺測量平面度后，均勻薄涂導電膏，控制涂抹劑量，用不銹鋼尺刮平，再用百潔布擦拭干凈，使接線板表面形成一薄層導電膏[5]。接著對角預緊螺栓、再用規(guī)定力矩擰緊，保證接線板受力均勻，并用記號筆做標記。復測回路電阻，數(shù)值較處理前大幅降低，測試數(shù)據(jù)見表1。

分析認為，此缺陷是由于安裝時未按要求處理連接板電接觸表面，造成接觸面電阻增大，電流轉(zhuǎn)而流經(jīng)螺栓，繼而引起的發(fā)熱。次日消缺結(jié)束后重新送電，復測1號主變11011閘刀，發(fā)現(xiàn)原熱點消失，缺陷得到了有效地消除，充分發(fā)揮了啟動調(diào)試期間紅外測溫發(fā)現(xiàn)缺陷可立即停電處理的優(yōu)勢。

3.2 1號主變調(diào)補變A相

3.2.1 案例情況

2016年3月21日，紅外測溫發(fā)現(xiàn)1號主變調(diào)補變A相X2與X套管升高座間油路接頭螺栓發(fā)熱，其中溫度32.9℃，B相、C相18℃。3月23日停電檢查螺栓并未有異常，懷疑是漏磁引起的發(fā)熱，電科院技術(shù)人員建議在法蘭兩側(cè)加裝短接線。

3.2.2 檢測分析方法

1號主變調(diào)補變A相局部熱像圖如圖5所示。圖5中最高溫度為32.9℃。

圖5 1號主變調(diào)補變A相局部熱像圖

1號主變調(diào)補變B相和C相熱像圖如圖6所示。兩相溫度分別為18.0℃，18.1℃，環(huán)境參照溫度為11℃，相對溫差68%。

圖6 1號主變調(diào)補變B相和C相局部熱像圖

根據(jù)DL/T 664—2008漏磁環(huán)（渦）流現(xiàn)象引發(fā)的發(fā)熱缺陷診斷判據(jù)：溫差δ≥35%但熱點溫度未達到嚴重缺陷溫度值[6]。診斷結(jié)果為一般缺陷，但由于當前負荷遠低于實際運行，日后運行時實際溫度會高于當前溫度，缺陷有上升為嚴重缺陷的可能，應利用特高壓啟動期間的停電機會及時處理。

3.1.3 檢修過程

3月23日停電檢修時在法蘭兩側(cè)加裝短接線如圖7所示。

3月24日重新送電后電科院復測1號主變調(diào)補變A相X2與X套管升高座間油路接頭螺栓12.3℃，缺陷得到了有效地消除。復測紅外熱像圖如圖8所示。

圖7 1號主變調(diào)補變A相局部可見光

圖8 復測紅外熱像圖

4 結(jié)束語

（1）紅外精確測溫對于發(fā)現(xiàn)安裝施工不合格、不符合工藝要求的設(shè)備，如螺栓緊固不到位、未擰緊、未加彈簧墊、連接件焊接工藝差等問題具有較好的檢測效果，在調(diào)試期間開展紅外檢測并及時處理缺陷，可避免投運后再次停電。（2）啟動調(diào)試過程中開展紅外測溫目前尚未制定導則和標準規(guī)范，缺陷判斷依賴于測試人員的經(jīng)驗判斷，應盡快制定相關(guān)導則和標準規(guī)范。（3）在制定啟動調(diào)試及調(diào)度方案時，應將紅外測溫納入計劃時間。

[1]劉振亞.特高壓電網(wǎng)[M].北京：中國經(jīng)濟出版社，2005：89-95.

[2]鐘 義，陳小軍，程 錦.±800 kV特高壓直流換流站換流站設(shè)備紅外熱像帶電檢測技術(shù)探討[J].電氣安全，2012，32(21)：38-42.

[3]DL/T 664—2008帶電設(shè)備紅外診斷應用規(guī)范[S].

[5]王 晨，陶加貴，施景壘，等.兩起典型紅外發(fā)熱缺陷案例分析及處理[J].江蘇電機工程，2015，34(4)：21-24.

[4]王 晨，施景壘，陶加貴，等.紅外測溫診斷影響因素分析[J].電力安全技術(shù)，2015，34(6)：48-52.

[6]王雨陽，王永強，王 潔，等.一起110 kV電纜終端特殊部位發(fā)熱的分析處理[J].江蘇電機工程，2014，33(4)：9-11.

Application of Infrared Temperature Measurement Technology in Start-up and Commissioning of UHV

WANG Chen,TAO Jiagui,MA Yong,XIAO Lei,SHI Jinglei
(State Grid Jiangsu Electric Power Company Electric Power Research Institute,Nanjing 211103,China)

The infrared temperature measurement technology is widely used in detecting and repairing electrical equipment, but hasn't been used in substation start-up and commissioning.In this paper,the infrared temperature measurement technology applied into the start-up and commissioning of ultra-high voltage project in two engineering cases are introduced.Finally,the problems of and corresponding suggestions to infrared temperature measurement technology for start-up and commissioning are proposed.

ultra-high voltage;infrared temperature;start-up and commissioning;eliminate defects

TM407

A

1009-0665（2016）06-0029-03

王 晨（1990），男，江蘇鹽城人，助理工程師，從事帶電檢測方面的研究工作；

陶加貴（1984），男，江蘇鹽城人，工程師，從事開關(guān)方面的研究工作；

馬 勇（1986），男，湖北?？等耍こ處?，從事輸變電工程啟動調(diào)試、過電壓檢測分析及避雷器和電容器設(shè)備專業(yè)管理工作；

施景壘（1986），男，江蘇鹽城人，助理工程師，從事開關(guān)方面的研究工作；

肖 雷（1987），男，江蘇淮安人，助理工程師，從事帶電檢測方面的研究工作。

2016-08-10；

2016-09-21