電纜設備發(fā)熱分析及紅外技術的應用研究

許磊磊

摘 要：本文主要介紹了電纜設備發(fā)熱的成因和危害；并從紅外技術原理出發(fā)，淺談紅外測溫在電纜運行管理中的應用要點，對電纜發(fā)熱類型及開展紅外工作的關鍵事項發(fā)表自己的看法。

關鍵詞：電纜終端；發(fā)熱；紅外監(jiān)測；電纜運行

中圖分類號：TN21 文獻標識碼：A

1電纜設備發(fā)熱的危害

電纜設備發(fā)熱缺陷主要有三大危害。

1.1 影響載流量。電纜設備發(fā)熱將直接影響電纜線路的載流量，會使電纜的載流量降低30%～40%，甚至更多。

1.2影響電纜及電纜設備的使用壽命。電纜本體發(fā)熱會使電纜主絕緣溫度升高，加速絕緣老化；降低了充油電纜絕緣油的性能，直接影響電纜終端的使用壽命。

1.3影響電纜安全運行。電纜終端溫度過高，可能直接引起電纜終端頭爆炸；在高負荷情況下，由于電流作用，電纜設備連接部位發(fā)熱會被進一步放大，可能導致電纜連接部位熔斷，直接影響電纜線路安全。

2 電纜設備的發(fā)熱來源

總結中山供電局近三年來電纜設備周期性紅外測溫情況發(fā)現(xiàn)，電纜線路發(fā)熱主要集中在電纜終端、避雷器中間接頭及電纜線路設備部件連接處。發(fā)熱原因剖析，電纜設備在運行時，由于電流、電壓的作用，將產(chǎn)生以下2種主要來源的發(fā)熱。

2.1 電流致熱。電流作用引起的發(fā)熱，主要發(fā)熱點為電纜設備連接處，電纜出線線掌與金具連接、電纜尾管與接地線連接處、接地線與接地體連接處等。

按照焦耳定律，當電流通過電阻時將產(chǎn)生熱能，其發(fā)熱功率為：

P=KfI?R（W）

式中：P為發(fā)熱功率（W）；I為電流強度（A）；R為電器或載流導體的直流電阻（Ω）； Kf為附加損耗數(shù) 。

發(fā)熱的功率與運行電流的平方成正比，隨著運行電流的增大，發(fā)熱量將成指數(shù)增加，這類發(fā)熱的紅外成像顯示主要是某一個點的溫度比較高。

2.2 電壓致熱。電壓致熱缺陷是指電壓作用引起的設備的發(fā)熱缺陷。電纜線路介質(zhì)損耗也是發(fā)熱源之一，由于介質(zhì)損耗與電壓平方成正比，在高壓和超高壓運行電纜中，該類缺陷更為典型。在電纜終端或接頭處，如果局部介質(zhì)損耗角正切（tgδ）偏大，有可能導致局部區(qū)域溫度偏高。

由此產(chǎn)生的發(fā)熱功率為：

P=U?ωCtgδ

式中：U為施加的電壓；ω為交變電壓角頻率；C為介質(zhì)的等值電容；tgδ為介質(zhì)損耗角正切值。

電壓致熱缺陷具有隱蔽性大，更應引起足夠重視。與電流致熱缺陷相比，電壓致熱缺陷的發(fā)熱點溫升有可能不很大，一般僅十幾度，但不能因此忽視其潛在的危害性，其絕緣內(nèi)部存在的缺陷有可能已很嚴重，在系統(tǒng)允許情況下，應盡快停電將缺陷消除。

3 電纜設備發(fā)熱原因分析

中山供電局在2014年上半年周期性紅外測溫中發(fā)現(xiàn)多起電纜設備發(fā)熱缺陷，下面分析兩種常見的發(fā)熱現(xiàn)象。

3.1 110 kV德三甲線出線線夾發(fā)熱。110 kV德三甲線有多條T接支線，長期負荷200A以上，N47塔至金鯉站段電纜是主線一部分。紅外測溫時發(fā)現(xiàn)，N47塔A相電纜終端出線線夾連接處發(fā)熱50.3度，正常溫度32.6度，局部溫差17.7度，線路負荷電流190A。

這類發(fā)熱主要在設備連接處，發(fā)熱缺陷原因分析如下：（1）紅外分析結果顯示為電纜終端出線線夾連接處發(fā)熱，但由于測試人員距離電纜終端較遠，成像不清晰，不能準確判定發(fā)熱節(jié)點和原因，初步判定由于過流引起的局部放熱。（2）為了進一步判斷發(fā)熱原因，組織塔上紅外測溫，測的結果是終端頭出線桿線掌與跳線連接處螺絲溫度較高，從左上至右下方第三顆螺栓發(fā)熱最為厲害，并有碳化跡象，所以斷定電纜終端出線桿線掌與跳線接觸不良，接觸電阻過大引起螺栓過流。（3）連續(xù)幾天負荷一直較大，而發(fā)熱情況隨負荷變化較大，由此更加肯定是由于接觸不良導致電流引起的發(fā)熱。（4）組織帶電作業(yè)將終端頭出線桿線掌與跳線連接處螺絲進行緊固，后測得原發(fā)熱點溫度趨于正常，局部溫差降至2.5度左右。

3.2 110kV迪中線電纜終端發(fā)熱。

110kV迪中線在測溫時發(fā)現(xiàn)其N11塔A相電纜終端靠底部有兩處明顯的發(fā)熱，位于終端的應力錐根部和頂部處，發(fā)熱點為31.4度和29.2度而正常溫度為27度，兩處終端傘裙明顯發(fā)黑，即電場強度變化明顯處。

這類型的發(fā)熱主要在預制式終端預制附件與交聯(lián)電纜絕緣的界面，在此位置出現(xiàn)溫升，主要有以下幾種原因：（1）電纜附件本身原因。附件自身質(zhì)量不過關。 （2）電纜主絕緣偏心度過大，電纜生產(chǎn)工藝較差，電纜質(zhì)量不過關。因此，電纜絕緣應盡量圓整；預制件與交聯(lián)電纜絕緣界面應有均勻的軸向及徑向應力力。（3）電纜主絕緣表面不光滑。由于施工工藝的原因，電纜主絕緣表面打磨不夠光滑，影響電纜附件內(nèi)部絕緣構件的擊穿強度。（4）電纜主絕緣外半導體屏蔽層斜坡及斷口處理不平整。電纜附件在施工過程中，由于電纜屏蔽層有一定厚度，需要將外半導電屏蔽層均勻過度做斜坡處理，并且屏蔽層的斷口要求平整，否則，將會由于這些位置的重復放點引起運行過程中產(chǎn)生局部溫升現(xiàn)象。

4 紅外監(jiān)測技術的應用要素

紅外監(jiān)測工作的開展效果與檢測人員的技術手段及方法都有密切關系，從檢測儀器的調(diào)試、現(xiàn)場拍攝到圖像的分析及處理都至關重要。因此，我們在了解紅外測溫儀器工作原理、操作方法的同時，還必須對線路設備的運行模式，結構特點進行了解。結合紅紅外測溫工作中發(fā)現(xiàn)問題，總結出紅外檢測時應注意的一些問題： （1）應帶負荷運行。因帶負荷運行的電纜設備有電流或電壓作用才能發(fā)現(xiàn)內(nèi)部發(fā)熱情況，能夠比較有效的發(fā)現(xiàn)設備發(fā)熱缺陷。（2）拍攝角度應盡量與被測設備垂直，如終端及避雷器，可以避免傘裙影響，也使得成像更加清晰準確。 （3）避免高溫下檢測設備發(fā)熱情況。高溫情況下，設備發(fā)熱情況會被環(huán)境所掩蓋，因此，應在晚上或陰天時進行。（4）測試地點應避免有熱浪或輻射的地方，以免對測試及圖片分析判斷結果造成干擾。（5）測試時，根據(jù)儀器情況，可將環(huán)境背景調(diào)暗，這樣發(fā)熱點可以有效，明顯的顯現(xiàn)在圖像中。（6）當現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)疑似缺陷時，應多角度、多方位的進行拍攝，綜合比較，最大限度地反映缺陷狀況。

結語

紅外監(jiān)測技術可以有效的發(fā)現(xiàn)設備的發(fā)熱缺陷隱患，通過對設備發(fā)熱情況的實時監(jiān)測，使部分設備缺陷實現(xiàn)可控和在控，同時也使狀態(tài)檢修成為可能。通過有計劃的周期性紅外檢測，尤其是對數(shù)量巨大的電纜終端頭及避雷器，紅外測溫技術可以有效的檢測設備運行情況，從而實現(xiàn)有計劃、有目的的消除隱患，確保電網(wǎng)的安全可靠運行。

參考文獻

[1]DL/T596-1996，電力設備預防性試驗規(guī)程[S].