紅外監(jiān)測(cè)充油式電氣設(shè)備油位的研究

摘 要：油浸式電氣設(shè)備內(nèi)部油位異常，在正常專業(yè)巡視及試驗(yàn)中難以發(fā)現(xiàn)，由此而引發(fā)的電氣設(shè)備故障所占比例呈逐年增加的趨勢(shì)。文章闡述了紅外監(jiān)測(cè)充油電氣設(shè)備油位的理論，并成功運(yùn)用到了具體工程實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)了充油電氣設(shè)備缺油的隱患，為建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：油浸式 ；紅外監(jiān)測(cè)；油位

1 概述

隨著電力系統(tǒng)的容量增加，電氣設(shè)備的數(shù)量也逐漸增多，由于油在電氣設(shè)備中起到很好的絕緣和散熱作用，這樣充油式電氣設(shè)備所占比例呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，例如油侵式變壓器、電容式互感器，少油式多油式電流互感器、電抗器、電容器等等[1]。這些設(shè)備都是電力系統(tǒng)的主設(shè)備，加之多年前陳舊的充油式電氣設(shè)備缺陷隱患不少，給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)。近些年來電氣設(shè)備狀態(tài)檢修積極推進(jìn)，帶電監(jiān)測(cè)技術(shù)也得到長(zhǎng)足發(fā)展并廣泛運(yùn)用。紅外監(jiān)測(cè)技術(shù)作為帶電監(jiān)測(cè)技術(shù)的一種常用方法，有其自身的優(yōu)點(diǎn)，并在工程實(shí)踐中對(duì)充油式電氣設(shè)備油位異常隱患有顯著的作用。因此，紅外監(jiān)測(cè)充油式電氣設(shè)備油位的研究對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全可靠運(yùn)行是十分必要的。

2 紅外監(jiān)測(cè)充油式電氣設(shè)備的理論依據(jù)

紅外測(cè)溫儀器操作簡(jiǎn)單，攜帶方便，測(cè)溫精確度較高，測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性好，不受測(cè)量環(huán)境中高壓電磁場(chǎng)的干擾，圖像清晰，有圖像分析功能，具有較高的溫度分辨率，空間分辨率滿足實(shí)測(cè)距離的要求，具有較高的測(cè)量精確度和合適的測(cè)溫范圍，具有圖像鎖定、記錄和輸出功能?？捎眉t外監(jiān)測(cè)儀器測(cè)得被測(cè)電氣設(shè)備表面溫度和環(huán)境溫度參照表面溫度的溫升，也可以測(cè)得不同被測(cè)電氣設(shè)備或同一被測(cè)電氣設(shè)備不同部位之間的溫度差，兩個(gè)對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)之間的溫度與其中較熱點(diǎn)的溫升之比的百分?jǐn)?shù)就是相對(duì)溫差，這個(gè)相對(duì)溫差？啄t可用下式求得[2]：

電氣設(shè)備外部缺陷致熱部位裸露，能用紅外監(jiān)測(cè)儀器直接檢測(cè)出缺陷，充油式電氣設(shè)備的油位異常時(shí)內(nèi)部缺陷，致熱部位被封閉，不能用紅外監(jiān)測(cè)儀器直接檢測(cè)，只能通過設(shè)備表面溫度場(chǎng)進(jìn)行比較、分析和計(jì)算才能確定。一般采用同類比較法， 在同一電氣回路中，當(dāng)三相電流對(duì)稱和三相（或兩相）設(shè)備相同時(shí)，比較三相（或兩相）電流致熱型設(shè)備對(duì)應(yīng)部位的溫升值，可判斷設(shè)備是否正常。若三相設(shè)備同時(shí)出現(xiàn)異常，可與同回路的同類設(shè)備比較。當(dāng)三相負(fù)荷電流不對(duì)稱時(shí)，應(yīng)考慮負(fù)荷電流的影響。對(duì)于型號(hào)規(guī)格相同的電壓致熱型設(shè)備，可根據(jù)其對(duì)應(yīng)點(diǎn)溫升值的差異來判斷設(shè)備是否正常。電壓致熱型設(shè)備的缺陷宜用允許溫升或同類允許溫差的判斷依據(jù)確定。一般情況下，當(dāng)同類溫差超過允許溫升值的30%時(shí)，應(yīng)定為重大缺陷，當(dāng)三相電壓不對(duì)稱時(shí)應(yīng)考慮工作電壓的影響[3]。

3 紅外監(jiān)測(cè)充油式電氣設(shè)備在工程實(shí)踐中的運(yùn)用

3.1 110kV烏雞塘變電站電流互感器A相滲漏油

在專業(yè)巡視中發(fā)現(xiàn)110kV烏雞塘變電站520電流互感器A相有滲漏油現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)觀察油位窗油位顯示不明顯，無(wú)法判斷具體油位。為了進(jìn)一步明確實(shí)際油位，確定設(shè)備狀態(tài)，對(duì)520電流互感器進(jìn)行紅外成像檢測(cè)。檢測(cè)人員觀察紅外熱圖，發(fā)現(xiàn)三相熱圖基本一致，但通過比較圖中3個(gè)區(qū)域，發(fā)覺有細(xì)微的差別，區(qū)域1內(nèi)最高溫30.2℃；區(qū)2內(nèi)最高溫30.6℃；區(qū)域3內(nèi)最高溫28.0℃；此時(shí)紅外成像圖如圖1：

通過對(duì)三相電流互感器進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)A相電流互感器區(qū)域3內(nèi)最高溫為28.0℃，其它兩相相同部位最高溫約為30.4℃，相差約2.4℃。由于電流互感器頂部缺油，導(dǎo)致電流互感器一次繞組產(chǎn)生的熱量無(wú)法通過絕緣油傳遞到外表面，使得A相電流互感器頂部溫度低于其它兩相溫度，所以A相油位已明顯低于其它兩相。A相溫度明顯低于B、C相，B、C兩相溫度基本一致。

綜合以上分析得出結(jié)論，520電流互感器A相實(shí)際油位應(yīng)位于電流互感器一次繞組改串并聯(lián)接線板位置，缺油較為嚴(yán)重，應(yīng)盡快處理。立即組織人員對(duì)該電流互感器進(jìn)行了停電處理，及時(shí)補(bǔ)充了絕緣油，補(bǔ)油時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)際油位與紅外檢測(cè)判斷相符，漏油原因系互感器取油閥密封墊圈老化所致。

3.2 110kV廖家灣1號(hào)主變A相缺油

在對(duì)110kV廖家灣1號(hào)主變進(jìn)行精確測(cè)溫過程中發(fā)現(xiàn)套管A相油位與其余兩相油位不一致的情況，經(jīng)檢查診斷發(fā)現(xiàn)A相存在缺油（圖2），補(bǔ)油后紅外熱像三相一致（圖3）。

變壓器油枕和高壓套管，其受外部環(huán)境干擾的因素也較多， 檢測(cè)時(shí)要注意盡量避免測(cè)量陽(yáng)光直設(shè)，特別是避免正午進(jìn)行拍攝，因?yàn)檫@時(shí)油枕外殼容易被陽(yáng)光全面加熱，而油位線較為模糊。若在自動(dòng)模式下油位線不清晰，可先使用自動(dòng)模式測(cè)量油枕的溫度范圍；然后手動(dòng)設(shè)置水平及跨度，將溫度范圍設(shè)置在最小，并包含有先前測(cè)量的溫度范圍。除了大氣溫度、陽(yáng)光照射、溫寬設(shè)置等要素，在檢測(cè)變壓器套管油溫異常時(shí)，拍攝角度的選擇也需注意[4]。

3.3 110kV東湖1號(hào)主假油位

對(duì)110kV東湖1號(hào)主變進(jìn)行精確測(cè)溫過程中發(fā)現(xiàn)油管油位與實(shí)際油位不一致的情況。查看此臺(tái)變壓器檢修記錄發(fā)現(xiàn)不久前曾經(jīng)進(jìn)行過大修，最后檢查診斷確認(rèn)為油枕內(nèi)部存在氣體，導(dǎo)致油位計(jì)虛高（圖4），排氣處理后油位計(jì)恢復(fù)正常（圖5）。

此種油枕結(jié)構(gòu)為膠囊式，在大修中應(yīng)嚴(yán)格檢查膠囊是否破損，導(dǎo)氣管是否有堵塞現(xiàn)象，加油過程中必須嚴(yán)格按照真空注油的工藝要求進(jìn)行，并且在注油后靜止24小時(shí)，在各個(gè)排氣口多次反復(fù)排氣，直至確定變壓器油中氣體全部排盡，方可投運(yùn)[5]。

3.4 220kV真武變電站Ⅱ母B相電壓互感器電壓升高

監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)220kV真武變電站110kVⅡ母B相電壓互感器電壓升高，線電壓達(dá)125kV?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量電壓互感器二次電壓，A、C相61.0V，B相65.3V；紅外測(cè)溫B相電壓互感器電容單元上部溫度異常，溫度達(dá)13.3℃，與正常相溫差達(dá)4K，由此要求此臺(tái)電壓互感器應(yīng)退出運(yùn)行（圖6）。電壓互感器外觀檢查無(wú)滲漏油、破損等異常，B相電壓互感器電磁單元油位觀察窗顯示油位已滿。

電壓互感器退運(yùn)后，對(duì)電壓互感器進(jìn)行了介損及變比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下表1及表2所示。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，上節(jié)電容單元C1增大10%，內(nèi)部電容芯可能存在擊穿現(xiàn)象。

吊起電容單元后，發(fā)現(xiàn)電磁單元箱體內(nèi)油位與法蘭面平齊，密封圈完好 ，中壓套管上明顯滲油現(xiàn)象，滲油部位為瓷套與金屬法蘭結(jié)合處。

取下電容單元上蓋板，將金屬膨脹器取出，發(fā)現(xiàn)電容單元油位低，缺油一半左右。吊開外瓷套，檢查電容芯，發(fā)現(xiàn)頂部幾個(gè)電容元件的顏色與下部元件明顯不同，內(nèi)部浸滯絕緣油。用萬(wàn)用表檢查發(fā)現(xiàn)上面5個(gè)電容元件極間導(dǎo)通。電壓互感器電容單元共有56個(gè)電容元件，擊穿5個(gè)后有效元件為51個(gè)，電容量增加9.8%，與電容量實(shí)測(cè)結(jié)果+10.5%相符。檢查滲漏缺陷的中壓套管，輕敲套管及發(fā)生脆斷，檢查套管瓷斷面，分為顏色明顯不同的多個(gè)區(qū)域，在滲油部位附近及中部區(qū)域顏色略深，且浸有絕緣油，其他區(qū)域?yàn)榘咨珶o(wú)絕緣油的新斷面，兩類區(qū)域間可見明顯縫隙及交界面。

綜合上述，故障原因?yàn)殡娙輪卧袎禾坠艽嬖诹鸭y，電容單元內(nèi)部絕緣油滲漏到電磁單元箱體中，造成電容單元缺油，導(dǎo)致部分電容元件擊穿，電容量增加，變比減小，二次電壓異常。運(yùn)行中的電壓互感器，通過對(duì)紅外圖譜的仔細(xì)分析、電磁單元箱體油位，能夠準(zhǔn)確判斷電壓互感器的內(nèi)部故障。紅外測(cè)溫技術(shù)、二次電壓測(cè)量及停電試驗(yàn)相結(jié)合，進(jìn)行相互驗(yàn)證，能夠大大提高設(shè)備分析診斷的準(zhǔn)確性。對(duì)電壓致熱型設(shè)備一定要加強(qiáng)精確測(cè)溫工作，建立好圖譜數(shù)據(jù)庫(kù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常[6]，應(yīng)認(rèn)真比較分析，盡早發(fā)現(xiàn)缺陷并及時(shí)處理，避免發(fā)生設(shè)備事故。

4 結(jié)束語(yǔ)

充油式電氣設(shè)備在電網(wǎng)中用量龐大、種類繁多的電器元件，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，對(duì)其油位異常缺陷分析及監(jiān)測(cè)是預(yù)防事故的前提[7]。文章闡述了紅外監(jiān)測(cè)充油式電氣設(shè)備的理論，并在實(shí)踐工作中，運(yùn)用紅外測(cè)溫成像儀的紅外成像技術(shù)，將不同熱效應(yīng)現(xiàn)象的充油式電氣設(shè)備紅外熱像進(jìn)行分析比較，較準(zhǔn)確地判斷出充油式電氣設(shè)備的油位異常缺陷情況，有效地避免事故發(fā)生，為監(jiān)測(cè)充油式電氣設(shè)備油位異常缺陷提供了理論和實(shí)踐依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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指南[J].文閻成，等譯.武漢：湖北電力試驗(yàn)研究院，1996.

作者簡(jiǎn)介：唐攀龍（1976-），男，碩士，工程師，高級(jí)技師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)過電壓與絕緣技術(shù)；從事電氣試驗(yàn)、檢修及帶電檢測(cè)工作。