紅外成像技術(shù)變電站故障診斷預(yù)防應(yīng)用

國網(wǎng)遼寧本溪供電公司 吳傳璽

紅外成像技術(shù)變電站故障診斷預(yù)防應(yīng)用

國網(wǎng)遼寧本溪供電公司 吳傳璽

本文介紹了紅外測溫的原理及過熱缺陷的主要產(chǎn)生原因，以常見電流過熱型缺陷和電壓過熱型缺陷為例，通過對比正常圖譜和故障圖譜，對這兩類缺陷的機(jī)理及判斷依據(jù)作了介紹。本文提供的案例對于指導(dǎo)現(xiàn)場紅外診斷及狀態(tài)檢修提供參考依據(jù)。

紅外成像；電流過熱型；電壓過熱型

1.引言

紅外成像儀是利用紅外探頭、光學(xué)鏡頭及掃描系統(tǒng)，對向外輻射發(fā)出熱量的物品進(jìn)行記錄，最終把電信號變換為紅外圖片。輻射指的是在沒有介質(zhì)直接傳輸?shù)那闆r下發(fā)生的輻射能（電磁波）的運(yùn)動。在絕對零度以上（273℃）的物體都有輻射。利用紅外探測器和光學(xué)成像物鏡接受被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布格局反映在感光元件的紅外探測器的紅外熱像儀，得到紅外熱成像，圖像和相應(yīng)的熱分布的表面。一般來說，紅外熱像儀是將物體的可見紅外能量轉(zhuǎn)換為可見圖。圖中不同顏色代表不同溫度，可以觀察到被測目標(biāo)的總體溫度分布，從而判斷未來的溫度分布。國內(nèi)外對此已有所涉及[1-4]。

千里之堤毀于蟻穴，通過利用紅外熱像儀，可以對如對變壓器、高壓套管、斷路器、隔離開關(guān)、輸電線路金具、電力電子電容器以及瓷質(zhì)復(fù)合絕緣子等具有熱效應(yīng)的電力設(shè)備的診斷，達(dá)到對缺陷進(jìn)行探測的目的。防患于未然。

通過大量實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可知[5-6]，設(shè)備故障的原因大致有以下幾類：（1）人為設(shè)計(jì)或制造工藝不良導(dǎo)致連接點(diǎn)或觸頭接觸不良，使電阻過大。（2）長期受環(huán)境因素影響，如絕緣子長期受風(fēng)吹日曬工作環(huán)境惡劣，使其絕緣性能下降，絕緣介質(zhì)老化。（3）內(nèi)部元件缺陷或受潮使得介質(zhì)損耗功率增大，致使發(fā)熱增加。（4）內(nèi)部設(shè)備缺絕緣油、潤滑油時(shí)會造成絕緣材質(zhì)的絕緣性下降，產(chǎn)生引起局部放電的隱患?？偨Y(jié)上面這四種發(fā)熱故障[7]，可以分為電流致熱型故障和電壓致熱型故障兩大類，下面分別舉例。

2.電流致熱故障型

電流致熱型故障是由于電流的熱效應(yīng)引起發(fā)熱的故障[8]，在電流的作用下，連接部位或觸頭接觸不良使電阻增大使得相應(yīng)部位發(fā)熱，如電力設(shè)備導(dǎo)電回路動、靜觸頭接觸不良引起的發(fā)熱。這種故障發(fā)熱類型的發(fā)熱部位明顯，易通過紅外診斷發(fā)現(xiàn)。其嚴(yán)重程度一般由負(fù)載電流的大小決定。

2.1 正常時(shí)紅外熱像圖

設(shè)備正常時(shí)的紅外熱像圖一般顏色均勻，沒有局部明亮或局部暗的區(qū)域，顏色局部明亮說明該區(qū)域溫度比周邊設(shè)備高，可能是由于電流過大或觸頭接觸不良引起的發(fā)熱；局部顏色暗說明該區(qū)域溫度較低，可能是由于絕緣失效導(dǎo)致電阻變小引起的?？傊ㄟ^觀察紅外熱像圖的區(qū)域顏色，可以初步判斷有無故障。下圖為設(shè)備正常時(shí)紅外熱像示例圖。

圖1 電容器電抗正常紅外熱像圖

圖2 變壓器套管出線正常紅外熱像圖

圖3 變壓器開關(guān)

2.2 故障時(shí)紅外熱像圖

圖4 斷路器出線接口過熱

紅外熱像顯示：開關(guān)接線板溫升明顯，與相鄰開關(guān)顏色不同，表明存在溫差，溫差大概為13K，溫差不大，屬于一般缺陷。缺陷可能是由刀口或線夾的觸頭接觸不良或因絕緣子污穢放電產(chǎn)生的發(fā)熱。

圖5 隔離開關(guān)出線接口過熱

紅外熱像顯示：刀閘處與相鄰金具顏色明顯不同，表明存在溫差，但溫差不大，屬于一般缺陷。

3.電壓故障致熱型

電壓發(fā)熱型故障是由于電壓效應(yīng)引起設(shè)備故障[9-10]，當(dāng)設(shè)備內(nèi)部絕緣介質(zhì)老化、受潮后，會引起絕緣介質(zhì)損耗的增大，導(dǎo)致介質(zhì)損耗發(fā)熱功率增加；受污染的絕緣子、內(nèi)部劣化絕緣子、絕緣失效的絕緣子等也會致使其表面溫度增加。除此之外，高壓絕緣套管、電力電子電容器、電力互感器等設(shè)備的內(nèi)部故障均屬于電壓致熱故障。電壓致熱型故障通常發(fā)生在設(shè)備內(nèi)部，因絕緣材料導(dǎo)熱性能差，缺陷內(nèi)部發(fā)熱傳遞到表面的溫度不高，因此不易發(fā)覺。

在實(shí)際工作巡檢中，利用紅外成像檢測技術(shù)檢測設(shè)備故障已較為普及，通過采集紅外成像圖片，可以分析設(shè)備故障與否。

3.1 正常時(shí)紅外熱像圖

變壓器、出線套管；電壓、電流互感器；避雷器的發(fā)熱一般是由電壓引起的內(nèi)部發(fā)熱故障。故障區(qū)域溫度一般是由運(yùn)行電壓和絕緣材料的劣化程度決定。圖6為設(shè)備正常時(shí)紅外熱像圖。

圖6 變壓器套管

3.2 故障時(shí)紅外熱像圖

圖7 變壓器電流互感器

紅外熱像顯示：接線板與相鄰金具存在色差，說明溫升明顯，通過讀數(shù)得溫差13.7K，說明溫差不大，屬于一般缺陷。

圖8 斷路器斷口均壓電容器內(nèi)部介損增大

紅外熱像顯示：220kV少油斷路器斷口均壓電容器內(nèi)部介損增大，導(dǎo)致局部發(fā)熱，應(yīng)立即處理。

4.結(jié)論

通過以上案例分析可知：采集設(shè)備的紅外熱像圖并與相鄰設(shè)備或相鄰區(qū)域進(jìn)行溫度比較，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備是否存在絕緣問題，并減少了問題的隱患，達(dá)到了防患于未然的目的，對于電壓、電流致熱型故障有了較好地診斷效果。節(jié)省了人力物力，提高了工作效率。

[1]盧明,姚德貴,張國民,等.劣化絕緣子檢測方法的對比分析[J].電瓷避雷器,2006(5):9-13.

[2]DLT 626—2005劣化盤形懸式絕緣子檢測規(guī)程[M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

[3]DL/T664—2008帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則.

[4]金光熙,權(quán)光日,等.故障絕緣子的發(fā)熱機(jī)理及其紅外熱像檢測[J].電瓷避雷器,2011(5):12-15.

[5]陳仁剛,馮新巖,辜超,等.紅外測溫技術(shù)在GIS故障診斷中的應(yīng)用[J].高壓電器,2015,51(09):190-194.

[6]DL/T393-2010輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程[M].北京:中國電力出版社,2010.

[7]張碩穎.一起220 kV隔離開關(guān)控制失效的診斷與處理[J].高壓電器,2012,48(4):92-96．

[8]王偉.紅外熱像儀檢測電氣設(shè)備電流致熱缺陷判定應(yīng)注意的問題[J].吉林電力,2011,(01):35-36+39.

[9]張曉霞.變電站電壓致熱型設(shè)備的紅外測溫診斷[J].科技信息,2010,(25):757-758.

[10]夏德分.紅外熱像檢測零值絕緣子影響因素研究[D].湖南:湖南大學(xué),2009.