紅外熱像技術(shù)在避雷器故障檢測中的應(yīng)用

賈達(dá)菲，李艷鵬，梁基重

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

0 引言

任何溫度高于絕對零度的物體，都會不停地向外輻射紅外熱能，物體溫度越高，輻射的能量越大[1-2]。紅外成像技術(shù)就是通過檢測這種紅外輻射能量，從而判斷設(shè)備表面的溫度及溫度場的分布。電力設(shè)備的故障缺陷往往都伴隨著熱量的產(chǎn)生，利用紅外熱像儀測定電力設(shè)備表面的溫度場，就可以判斷電力設(shè)備是否存在熱故障。此外，紅外成像技術(shù)具有遠(yuǎn)距離、非接觸、不受電磁干擾等特點(diǎn)[3]。

避雷器作為高壓設(shè)備過電壓防護(hù)的重要設(shè)備，其安全運(yùn)行關(guān)系到變電站的正常電力供應(yīng)。紅外熱像檢測是一種有效發(fā)現(xiàn)避雷器早期缺陷的檢測手段，能避免缺陷發(fā)展甚至出現(xiàn)本體爆炸事故。

本文結(jié)合實(shí)際工作中紅外診斷發(fā)現(xiàn)3個不同電壓等級的避雷器早期發(fā)熱缺陷案例，給出了避雷器缺陷發(fā)熱的圖譜特征和判斷方法。

1 紅外熱像診斷現(xiàn)場實(shí)測

1.1 500 kV避雷器發(fā)熱缺陷

在某500 kV變電站帶電檢測過程中，檢測發(fā)現(xiàn)某500 kV出線避雷器C相上節(jié)有兩處局部過熱點(diǎn),如圖1所示，與相鄰部位溫差為1.5 K,現(xiàn)場反復(fù)測試過程中，最大局部溫差達(dá)到3.3 K?，F(xiàn)場檢測人員對異常避雷器及正常相的泄漏電流進(jìn)行了比對，C相為2.1 mA，A、B相為2 mA，三相對比無明顯差別。

圖1 某500 kV出線避雷器C相紅外熱成像圖

根據(jù)《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》DL/T664—2016，正常避雷器整體為輕微發(fā)熱，三相溫差在0.5～1 K之間，整體或局部過熱為異常。檢測人員通過紅外熱像圖分析，正常避雷器運(yùn)行中發(fā)熱量很小，而且整體均勻發(fā)熱。該異常避雷器上部存在局部異常發(fā)熱區(qū)域，因?yàn)橥饨^緣污穢形成的一般是徑向均勻發(fā)熱，不是徑向局部發(fā)熱，因而判斷為內(nèi)部閥片受潮引起的局部發(fā)熱。內(nèi)部局部受潮會引起沿瓷套內(nèi)壁或閥片側(cè)面的沿面放電，初期引起局部輕度發(fā)熱，隨著受潮程度的加深其阻性電流也會逐漸增大。

在1周后對該避雷器進(jìn)行阻性電流測試，發(fā)現(xiàn)其全電流和阻性電流都有所增加，全電流已增加到3.67 mA，阻性電流由0.3 mA增加到0.53 mA，變化均超出了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。根據(jù)Q/GDW1168—2013《輸變電狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》中的阻性電流初值差不大于50%，且全電流不大于20%的規(guī)定，該避雷器運(yùn)行狀況異常。

根據(jù)DL/T664—2016“電壓致熱型設(shè)備的缺陷一般定義為嚴(yán)重及以上缺陷”、“電壓致熱型設(shè)備應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測并安排其他測試手段”、“電壓致熱型設(shè)備缺陷明顯時應(yīng)立即消缺或退出運(yùn)行”，避雷器相上節(jié)發(fā)熱明顯，呈典型避雷器受潮發(fā)熱缺陷，溫差超過1 K，且故障發(fā)展迅速，屬危急缺陷。1個月后對該線路停電后，檢測發(fā)現(xiàn)上節(jié)的絕緣電阻值已降低至零，再繼續(xù)運(yùn)行隨時都有爆炸的可能。返廠解體后，發(fā)現(xiàn)避雷器頂部進(jìn)水受潮，原因?yàn)楸芾灼黜敳课撮_排水槽，隨后廠家對同型號的設(shè)備進(jìn)行了改造。

由此可知，紅外檢測可以有效發(fā)現(xiàn)避雷器早期局部受潮缺陷，比泄漏全電流檢測發(fā)現(xiàn)受潮缺陷更及時、更直觀。

1.2 110 kV避雷器發(fā)熱缺陷

在某220 kV變電站紅外成像測溫過程中，發(fā)現(xiàn)某110 kV避雷器A、B、C三相均存在局部發(fā)熱情況，A相上部和下部溫差為0.6 K；B相上部和下部溫差為6.5 K；C相上部和下部溫差為1.5 K，如圖2所示。結(jié)合DL/T 664—2016判斷缺陷為電壓致熱性缺陷，性質(zhì)為嚴(yán)重缺陷。

圖2 某110 kV避雷器紅外整體圖

停電后試驗(yàn)人員對該避雷器進(jìn)行了診斷性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)

依據(jù)Q/GDW 1168—2013規(guī)定,U1mA初值差不超過±5%，0.75 U1mA泄漏電流初值差≤30%或≤50 μA，判定設(shè)備異常，不能繼續(xù)運(yùn)行，檢修人員對該避雷器進(jìn)行了更換并在試驗(yàn)室對其進(jìn)行了拆解。拆解過程中并沒有發(fā)現(xiàn)閥片受潮的痕跡，排除閥片受潮的因素；然后對閥片進(jìn)行絕緣電阻測量，測量結(jié)果如圖3所示（自左至右對氧化鋅閥片進(jìn)行編號：1-33號)。

圖3 某110 kV避雷器閥片絕緣電阻分布

通過閥片的絕緣電阻值我們可以看到避雷器內(nèi)部氧化鋅閥片從上到下絕緣電阻差異較大，可以判斷閥片中上部閥片老化導(dǎo)致絕緣性能下降。

1.3 35 kV避雷器發(fā)熱缺陷

在某220 kV變電站紅外熱像測溫過程中，發(fā)現(xiàn)220 kV主變35 kV側(cè)A相避雷器有明顯發(fā)熱現(xiàn)象，避雷器紅外圖譜和可見光照片如圖4、圖5所示。

通過紅外圖譜可以看出，A相避雷器整體過熱，熱點(diǎn)溫度為40.1℃，B、C相溫度正常，分別為3.1℃、3.0℃，A、B相溫差為37℃，屬于嚴(yán)重缺陷。

圖4 A相避雷器相紅外圖譜和可見光照片

圖5 三相避雷器相紅外圖譜和可見光照片

結(jié)合避雷器在線監(jiān)測裝置測量數(shù)據(jù)，與投運(yùn)時對比，結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，A相避雷器全電流、阻性電流投運(yùn)時數(shù)據(jù)相比明顯增大，阻性電流增加9倍。

表2 避雷器帶電檢測數(shù)據(jù)

停電后，對避雷器進(jìn)行絕緣電阻和直流泄露電流測試，結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，A相避雷器絕緣電阻和U1mA嚴(yán)重降低，75%U1mA下的泄漏電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于50 μA。

表3 避雷器停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)

將該避雷器解體檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部受潮嚴(yán)重，有清晰的水痕，受潮原因是頂部螺栓松動，潮氣沿螺栓縫隙大量進(jìn)入避雷器本體，造成內(nèi)部閥片嚴(yán)重受潮引起本體發(fā)熱異常。

2 結(jié)論

a)紅外檢測技術(shù)的應(yīng)用，極大豐富了電力設(shè)備狀態(tài)信息，對發(fā)熱隱患及時采取重點(diǎn)監(jiān)控、降低負(fù)荷、停電處理等措施，有效地減少了設(shè)備故障的發(fā)生，降低了檢修強(qiáng)度和成本，提高了檢修效率，使檢修工作更加科學(xué)化。

b)避雷器作為高壓設(shè)備過電壓防護(hù)的重要設(shè)備，其安全運(yùn)行關(guān)系到變電站的正常電力供應(yīng)。一旦出現(xiàn)局部過熱或者溫度分布不均勻等情況，溫差達(dá)0.5～1 K以上，即為電壓致熱型嚴(yán)重缺陷，預(yù)示著避雷器內(nèi)部受潮或者閥片存在老化。