變電站設備運行維護中的紅外測溫應用

張居雄

摘要：眾所周知電網(wǎng)是否得以正常運行與其變電站設備的運行效率有著直接的關系。與此同時，當前形成了越來越復雜化的電網(wǎng)結構。所以除了要確保電網(wǎng)得以穩(wěn)定運行之外，還要提升其運行的安全性、經(jīng)濟性，保證用戶供電。運行人員在日常運行維護中主要是結合人工巡視、帶電檢測等各種方法檢測變電站設備是否存在不足，同時運用紅外測溫技術檢查電氣設備發(fā)熱是否存在缺陷。

關鍵詞：變電站設備；運行維護；紅外測溫應用

【中圖分類號】TN219【文獻標識碼】A【文章編號】2236-1879（2017）12-0194-02

前言：

在電力行業(yè)的發(fā)展中，紅外測溫技術得以普遍性的運用，通過此技術即可更直觀、更準確的檢查電力設備是否存在故障以及其具體故障點，其準確率非常之高，而且更為重要的是在整個檢測過程中無需修改、取樣設備運行參數(shù)。簡而言之，即無需停電可在設備處于正常運行的善存下，準確的診斷電力設備是否存在故障，比如測定溫度、識別設備當下的運行狀態(tài)以及設備性質(zhì)，設備具體發(fā)生故障的部位等等?？梢?，通過這些檢測有利于判斷當下設備的實際運行狀態(tài)。

1紅外測溫技術原理分析

毋庸置疑所有事物都會發(fā)射紅外輻射能量，當然了通過肉眼是無法看到的，物體的溫度越高，紅外輻射能量越強、帶電設備紅外測溫技術在熱效應的作用下，可接收并測出物表面溫度以及紅外線能量。如果物體周圍的溫度高于-273度，那么其分子運動的紅外線波長也會發(fā)生相應的變化的，此時只要利用紅外測溫儀，即可得出被測物體表面的溫度，利用鏡頭轉(zhuǎn)變補測物體輻射紅外線，同時形成電信號，由系統(tǒng)自動處理，并形成視頻，并在屏幕中顯示出熱圖像。

2電氣設備熱缺陷及其性質(zhì)的分類

2.1電氣設備發(fā)熱源。在電壓、電流雙重作用下，電氣設備在正常運行時很容易形成如下三種發(fā)熱形式：第一種是電阻損耗發(fā)熱；第二種是介質(zhì)損耗發(fā)熱；第三種是鐵損致熱，在設備處于故障或者正常運行，都會形成如下發(fā)熱形式，如果設備正常運行，那么熱分布正常。假設設備發(fā)生異常，那么其發(fā)熱機理、熱分布等都會表現(xiàn)異常。

2.2引起熱缺陷的原因是多方面的，主要可分為如下兩種：

外部故障：毋庸置疑設備如果長期裸露于空氣中，那么極易受自然界溫、濕度等各方面因素的影響，使得某些部件可能會發(fā)生結垢，從而引起接觸不良。加之各種外力作用，破壞，使得導電截面積變小，從而引起發(fā)熱。假設未能有效連接接頭，螺栓，壓緊墊圈，那么隨著時間的推移，即易發(fā)生氧化，另外所使用的元器件質(zhì)地不佳，或者在安裝時未使用良好的工藝，都有可能影響導體的正常性能。

內(nèi)部故障：相對于外部故障，故障發(fā)生在內(nèi)部，比如絕緣介質(zhì)、電氣回路惡化或者發(fā)生故障。也指封閉于設備殼體、油絕緣、固體絕緣等部位。其主要利用如下三種方式進行熱傳遞，其一綜合傳熱學理論；其二分析傳導；其三對流和輻射，結合電氣設備的實際運行狀態(tài)同時，全方位解析內(nèi)部故障，具體需要結合現(xiàn)場檢測實例、模擬實驗以及內(nèi)部結構等特點展開，解析內(nèi)部故障。內(nèi)部故障而引起的發(fā)熱故障主要可分為如下幾部分：內(nèi)部電氣連接存在故障、接觸不良；絕緣脫落、開裂、老化；介質(zhì)損耗；大型設備的電壓、電流存在分布不均、泄流，渦流等，從而引起設備故障；部件負荷過大或者缺油、散熱異常等等。

通常認為可分別結合電流、電壓解析、考察電力設備的熱性質(zhì)、過熱分成。一般認為在設備的連接處所形成的發(fā)熱，多為電流在經(jīng)過導電回路電阻時而形成的，如果是此類故障，一般可在平常的工作中檢測出來。在溫升較小時，設備的發(fā)熱多在對設備絕緣介質(zhì)施加電壓而引起的，通過普通的檢查是很難發(fā)現(xiàn)此類故障，且一旦設備由于此種原因而引起異常，那么一般認為缺陷較為嚴重。除了上述兩種之外，電力設備的致熱還有一種情況，即其發(fā)熱原因是綜合上述兩種效應而引起的，即綜合致熱型電力設備，即在各個效應的共同作用而引起的過熱。結合缺陷性質(zhì)的特點，一般可分為如下幾種：

一般缺陷：即還未發(fā)生重大障礙，但是已經(jīng)存在溫差，且溫度場有梯度。要求相關工作人員針對這一情況做好記錄、存檔，結合電流、負荷等情況，分析設備發(fā)熱的情況，同時可以停電，做好檢修、治理等工作，以減少發(fā)生缺陷的機率。

嚴重缺陷：設備的發(fā)熱情況較為嚴重，且存在較大的溫差、溫度場梯度。一旦發(fā)現(xiàn)這樣的情況，一定要第一時間處理缺陷，并采取相應的處理措施。通?？赏ㄟ^降低負荷電流以及相關檢測手段等方法，解決電流致熱性設備。而如果是電壓致熱性，則除了要強化檢測之外，在確認缺陷之后，還要第一時間采取相應的措施，以杜絕缺陷。

危急缺陷：即其溫度已經(jīng)超過最高允許溫度了，通常指超過GB/T11022，需要第一時間安排處理此類缺陷。

3紅外測溫技術的判斷方法

3.1表面溫度判斷法：

設備發(fā)熱如果屬于如下兩種情況，即可選擇此判斷法進行檢測：其一是電磁效應；其二電流致熱型。

以《帶電設備紅外診斷技術應用導則》中的相關規(guī)定為依據(jù)，對比所設備表面溫度（各檢測點），合理選擇正常相、環(huán)境參照體以對比各主設備。一般可結合設備表面溫度值以及絕緣介質(zhì)、材料及各個設備部件的溫升極限、溫度彎、負荷、環(huán)境以及氣候等條件，具體判斷設備的缺陷屬性。此法具有實用性強、簡單易行等特點，在實際運行中具有較好的操作效果。

3.2相對溫差判斷法：

在準確測溫的情況下可結合[（T1-T2）/（T1-T0）]×100%，從而得出相對溫差值。

分別用T1、T2、T0表示發(fā)熱點、正常相以及環(huán)境參照體的溫度。一般利用相對溫差法判斷電流致熱設備，通過此法可在避免環(huán)境溫度、負荷的影響下，得出更為準確的診斷結果。

3.3同類比較法。

顧名思義也就是通過對比同類型的設備，而達到判斷的作用。所謂同型設備主要指符合如下條件的設備：其一運行歷史背景相似；其二環(huán)境溫度一致；其三設備的狀況一樣。在實際操作時，主要以對比部位溫度值為基準，通過此法，即可很輕松的檢測出設備是否處于正常的工作狀態(tài)之中。值得一提的是在實際的運行中，即有可能發(fā)生三相設備存在發(fā)熱故障。不管是電流致熱設備還是電壓致熱設備都可采取此法進行，另外結合同類允許溫差、允許溫升等也可判斷電壓致熱設備是否存在故障。

3.4熱譜圖分析法：

假設圖像特征存在異常，可具體結合如下方法綜合判斷、上報：其一是電氣試驗；其二是帶電檢測手段；其三是化學試驗。

3.5檔案分析法：

通過分析各個時期的檢測數(shù)據(jù)，尤其是分析設備各參數(shù)的變化速率、變化趨勢，即可洞悉設備是否存在異常。另外只有在形成紅外圖譜庫，即獲得紅外檢測設備的相關數(shù)據(jù)。

4案例分析

4.1案例經(jīng)過：

在針對220kV某變電站的紅外測溫工作時，運維人員發(fā)現(xiàn)如圖1所示，除了1號主變地腳螺栓存在異常之外，其連接地線發(fā)熱也存在異常，其中1號主變箱體、底座連接螺栓中有三顆螺栓溫度達到36.4、38.0、48.4度，其中當時的環(huán)境溫度、箱體底座連接處分別為10度、45度，其相對溫差達到66.9度，其發(fā)熱為電磁效應所引起的。

4.2檢測分析方法：

運維人員采用紅外成像儀測溫得出如上結果，其中螺栓在正常運行時為16度，當時的環(huán)境溫度以及底座、箱體的連接地熱發(fā)熱溫度分別為45度，最大溫差、相對溫差分別達到35.4度、66.9度。過年事，運維人員跟蹤測試了發(fā)熱點的溫度，緊固了發(fā)熱點螺絲，但是還是未能從根本上消除發(fā)熱現(xiàn)象，此時結合GB/T11022中相關規(guī)定，利用表面溫度判斷法，其參考規(guī)定主要包括：溫升極限、絕緣介質(zhì)、材料、部件的溫度、高壓開關設備等，除此之外還充分考量了設備的綜合性制熱設備、典型圖譜庫以及當時的氣候條件，通過分析指出設備的螺栓受到變壓器電磁的影響后，而加大磁通密度，在螺桿中，高密度交變磁形成渦流，從而引起螺栓發(fā)熱。

4.3處理措施

（1）首先減少螺栓內(nèi)部屬內(nèi)部發(fā)生渦流損耗的情況，合理選擇發(fā)熱螺栓，材料（一般選擇導磁性佳，比如硅鋼。一方面薄片有利于降低渦流損失，另外一方面在各硅鋼片中進行絕緣處理，可有利于控制渦流損耗?；诖?，為了將磁感應控制在一個合理的范圍內(nèi)，可償試在接近螺栓、上下節(jié)鐘罩區(qū)域，填充磁塊。

（2）在連接螺栓時，盡可能選擇低導磁材料。這樣不僅有利于降低內(nèi)部渦流損耗，同時還具有剔除發(fā)熱螺栓。合理選擇連接螺桿，一般建議選擇諸如不銹鋼、黃銅等材料，此時，可依據(jù)需要改變磁通，這有利于緩解螺栓渦流發(fā)熱的問題。

（3）在選擇磁通時，盡可能選擇絕緣熱片型，以減少損耗渦流的情況。

5結束語

綜上所述，充分說明了維護變電站的正常運行中，紅外測溫技術扮演著日愈重要的角色，且得以普遍性運用?？傊谧冸娬緫弥?，紅外測溫儀得以廣泛的應用，同時作為新型的檢測方法，通過紅外診斷技術有利于高效的檢測出設備是否存在故障，進一步彰顯非接觸式紅外測溫儀的作用。所以相關人員務必積極給自己充電，夯實紅外成像測溫技術水平，重點結合日常維護變電站設備的需要，綜合解析紅外成象測漸的應用情況，刻苦鉆研，不斷檢驗、總結經(jīng)驗，夯實技術基礎，以確保變電站設備得以始終處于正常運行的狀態(tài)，為電網(wǎng)的高效運行奠定良好的基礎。

參考文獻

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