电气设备故障红外诊断技术的应用

[摘要]红外诊断技术能快速实时地在线监测和诊断电力设备的大多数故障，防止电气设备损坏和由于这些设备损坏而导致的电网大面积停电事故发生。因此，近年来发展了电气设备状态红外监测技术，用以随时监视大多数电力设备的运行状况，为电力系统的安全和经济运行提供有力保障。文章对红外诊断技术的基本原理、技术特点、分析方法作简介，对电气设备故障红外诊断的判断方法作重点论述。红外检测工作的诊断实践证明，红外诊断技术对于及时发现电气设备的外部缺陷和部分内部缺陷非常有效，对保障电气设备乃至电网的安奎运行起到积极作用。

[关键词]电气设备；红外诊断技术；故障判断

[作者简介]张勇，广东省高州市广通电力工程有限公司经营部主任，助理工程师，广东 高州，525200

[中图分类号]TM762　[文献标识码]A　[文章编号]1007－7723(2008)05－0064－0003

一、引言

红外技术是随着近代光电子技术发展而产生的一门新技术，国内研究与开发应用红外热成像技术始于20世纪50年代后期，主要应用于国防事业。近几十年来，红外技术在工业、气象、卫生等各领域的开发应用越来越广泛，并取得显著的效果。我国电力系统是国内研究应用红外技术比较早的行业。近年随着先进的红外热成像仪的出现和红外检测水平的提高，以及电力行业标准DL/T664－1999《带电设备红外诊断技术应用导则》的颁布实施，电力系统已较广泛地把红外检测项目列为高压电气设备定期检测和巡检的内容，每年在对电流致热型设备的检测中都发现了大量“重大”或“紧急”缺陷，为电力系统的安全和经济运行提供了有力保障。

二、红外诊断技术的基本原理、技术特点和分析判断方法

(一)红外诊断技术的基本原理

众所周知，人体病变往往引起体温升高。在电力系统的各种设备中，由于出现故障而导致设备运行的温度状态发生异常，电气设备的绝缘部分出现性能劣化或绝缘故障，将会引起介质损耗增大，在运行电压下发热。具有磁回路的电气设备，由于磁回路漏磁、磁饱和或铁芯片间绝缘局部短路造成铁损增大，引起局部环流或涡流发热。还有些电气设备，因故障而改变电压分布状态或增大泄漏电流，同样会导致设备运行中出现温度分布异常。总之，许多电气设备故障往往都以设备相关部位的温度或热状态变化为征兆表现出来，因此通过监测电气设备的这种状态变化，可以对设备故障做出诊断。

世间万物都会发射人眼看不见的红外辐射能量，而且物体的温度越高，发射的红外辐射能量越强。因此，既然电气设备故障绝大多数都以局部或整体过热或温度分布异常为征兆；那么，只要运用适当的红外仪器检测电气设备运行中发射的红外辐射能量，就可以获得电气设备表面的温度分布状态及其包含的设备运行状态信息，分析处理红外监测到的上述设备运行状态信息，就能够对设备中潜伏的故障或事故隐患属性、具体位置和严重程度做出定量的判断。

(二)红外诊断的技术特点

与传统的预防性试验和离线诊断相比，红外诊断方法具有以下的技术特点。

1　不接触、不停运、不取样、不解体。

2　可以及时发现运行中设备的异常征兆，避免发生事故。

3　可实现大面积快速扫描成像，状态显示快捷、灵敏、形象、直观，检测效率高，劳动强度低。

4　既可定性反映设备的故障存在与否，又能定量地反映故障严重程度。

5　可以适当延长设备试周期，逐步达到代替预试、减少停电、减少误操作等不安全因素，节省大量人力、物力和时间。

6　对老旧或存在隐患的设备，可以随时跟踪监视其运行状况，最大限度地利用其剩余寿命。

(三)红外诊断技术的分析判断方法

1　表面温度判断法

根据测得设备表面温度值，对照DL/T664—1999《带电设备红外诊断技术应用导则》中GB763-90表A1、表A2的有关规定，凡温度(或温升)超过标准者可根据设备温度超标的程度、设备负荷率的大小、设备的重要性及设备承受机械应力的大小来确定设备缺陷的性质，对在小负荷率下温升超过或承受机械应力较大的设备要从严定性。

2　相对温差判断法

为了提高判断的正确性，对电流致热型设备，若发现设备的导流部分热态异常，应进行准确测温，按公式(TI-T2)÷(T1-T0)]×100％算出相对温差值，按表1规定判断设备缺陷的性质。

其中T1——发热点的温度；T2——正常相的温度；TO——境参照体的温度。

当发热点的温升值小于10K时，不宜按表1的规定确定设备缺陷的性质。对于负荷率小、温升小但相对温差大的设备，如果有条件改变负荷率，可增大负荷电流后进行复测，以确定设备缺陷的性质。当无法进行复测时，可暂定为一般缺陷，并注意监视、监测。

3　同类比较法

(1)在同一电气回路中，当三相(或两相)电流对称和设备相同时，比较三相(或两相)电流致热型设备对应部位的温升值，可判断设备是否正常。若三相设备同时出现异常，可与同回路的同类设备比较。当三相负荷电流不对称时，应考虑负荷电流的影响。

(2)对于型号相同的电压致热型设备，可根据其对应点温升值的差异来判断设备是否正常。电压致热型设备的缺陷宜用允许温升或同类允许温差的判断依据确定。一般情况下，当同类温度超过允许温升值的30％时应定为重大缺陷。当三相电压不对称时应考虑工作电压的影响。

4　热谱图分析法

根据同类设备在正常状态和异常状态下的热谱图的差异来判断设备是否正常。

5　档案分析法

分析同一设备在不同时期的检测数据(如温升、相对温差和热谱图)，找出设备参数的变化趋势和变化速率，以判断设备是否正常。

三、电气设备的发热来源

设备在工作的时候，由于电流、电压的作用，将产生以下三种主要来源的发热。

(一)电阻损耗发热

按焦耳定律，当电流通过电阻时将产生热能，这是电流效应引起的发热，大量表现在载流电气设备中。

(二)介质损耗发热

绝缘介质由于交变电场的作用，使介质极化方向不断改变而消耗电能并引起发热。由此产生的发热功率为：

P=U2ωCtgδ

式中U——施加的电压；

ω——交变电压角频率；

C——质的等值电容；

tgδ——介质损耗角正切值。

这种发热为电压效应引起的发热。

(三)铁损致热

当在励磁回路上施加工作电压时，由于铁芯的磁滞、涡流而产生电能损耗并引起发热。

四、电气设备的热故障

电气设备的故障有多种多样，但大多数都伴有发热的现象。从红外诊断的角度看，通常分为外部

故障和内部故障。

(一)外部热故障的判断

众所周知，电力系统运行中，载流导体会因为电流效应产生电阻损耗，而在电能输送的整个回路上存在数量繁多的连接件、接头或触头。在理想情况下，输电回路中的各种连接件、接头或触头接触电阻低于相连导体部分的电阻，那么，连接部位的损耗发热不会高于相邻载流导体的发热。然而一旦某些连接件、接头或触头因连接不良，造成接触电阻增大，该部位就会有更多的电阻损耗和更高的温升，从而造成局部过热。此类通常属外部故障。

外部故障的特点是：局部温升高，易用红外热像仪发现，如不能及时处理，情况恶化快，易形成事故，造成损失。外部故障占故障比例较大。

外部热故障的致热部位是裸露的，可用热像仪直接测温，且测量值与实际的温度值差别不大，一般可根据测得的温度值或温升值，按照GB/T11022-1999《高压开关设备和控制设备共同技术要求》规定的温度和温升极限，以及DL/T664－1999《带电设备红外诊断技术应用导则》中的相对温差判断法来判断缺陷的严重程度。当温度值或温升值接近或稍微超过GB/T 11022-1999标准的规定值时，如此时设备的负荷还较轻，但在还有可能出现更高的负荷的情形下，应定为“重大”或“紧急”缺陷，同时采取相应的措施。如已接近满负荷，则可以暂时考虑降低负荷，使温度值符合规定，不一定要立即停电，但必须加强监测，在短期内消除缺陷。当温度值已大大超过规定时，必须立即停电处理。

由于大多数设备通常都是在较低负荷下运行，大量设备接头在通过小负荷电流时其温度或温升并没有达到或超过GB/T 11022-1999标准的规定，出现“高温过热”的现象并不是很多，较多的是出现“低温过热”，同时三相设备对应点之间的温差值较大，此时用GB/T 11022-1999标准规定的温度或温升来判断设备的缺陷具有很大的局限性。对此类缺陷一定要按DL/T664-1999导则的有关规定进行准确测温，记录此时设备的实际负荷电流，根据相对温差判断法中提供的相对温差判据来判断缺陷的性质。但要注意，当发热点的温升值小于10K时，不宜按这个规定确定缺陷的性质，因为这时各种测量误差的综合值可能已超过标准本身的数值，容易引起漏判或误判。

(二)内部热故障的判断

所谓电气设备的内部故障，主要是指封闭在固体绝缘以及设备壳体内部的电气回路故障和绝缘介质劣化引起的各种故障。由于这类故障出现在电气设备的内部，因此反映的设备外表的温升很小，通常只有几k。检测这种故障对检测设备的灵敏度要求较高。

内部故障的特点是：故障比例小、温升小、危害大，对红外检测设备要求高。

内部热故障也可用热像仪测温，但由于其致热部位被封闭，小部分热量可能通过导体传递到外部，大部分要通过空气、油、SF6或绝缘纸等介质，再通过金属箱体或瓷套传到其表面，所以其测量值与实际的温度值差别一般较大。由于设备本身结构和致热因素比外部热故障要复杂些，对此类故障的判断分析也显得困难些。应根据DL/T664-1999导则中的同类比较法和热谱图比较法来判断，不宜按GB/T 11022-1999标准规定的温度和温升限值或DL/T664-1999导则中的相对温差判断法来判断。如对于110kV及以上变压器高压充油套管的发热问题，致热部位有外部接头处、将军帽内部导电杆与螺母的连接处、导电杆与过渡引线的连接处、过渡引线与线圈的连接处等，判断时应首先确认是内部还是外部发热，如是内部发热，根据套管的热谱图，仔细分析致热部位是在将军帽内还是套管下部引线。一般内、外部接头的高温过热都会影响到套管表面温度的变化，通过热谱图分析是可以确认致热源的。只要确认是内部缺陷，必须尽快停电检查处理。

不管是内部还是外部致热，在对待此类缺陷时，必须充分考虑发热部位对密封或机械强度是否有影响。充油或充SF6的电流互感器、套管接头的异常发热，特别是高温过热，可能造成的后果是：一方面会导致密封的破坏，出现漏油、漏气，甚至进水受潮；危及主绝缘的安全；另一方面会导致电流互感器和套管等的内部压力增大，严重时出现爆炸。因此，对缺陷的定性要从严要求。

这里必须强调，采用测量同类设备(特别是同一间隔的同类设备)的对应点相对温差值的方法，可排除某些相同因素对测量结果的影响，如负荷电流、风速、大气温度、相对湿度、测量距离、发射率选择等对测量结果的影响，这对现场检测时诊断设备的状况极为有用。有的人认为现场红外检测一定要在设备负荷最大、环境温度较高时进行，才能有效地发现设备的过热缺陷，这种观点值得商榷，实际执行起来也比较困难。事实上，如果平时忽视了小负荷电流致热型设备的检测，将可能导致一些原来已存有重大缺陷或需紧急处理的缺陷没有得到及时发现和处理，待到高负荷时缺陷进一步发展恶化，不得不临时申请停电处理，给生产运行带来十分不利的影响。

五、故障分析及诊断实例

在维护电网安全运行的实际工作中，通过红外检测诊断方法发现了不少重大隐患，为系统的安全运行提供了有力的保障。如在一次例行巡检时发现110kV古丁变一刀闸的B相T型线夹发热，温度高达300℃，经检修证实连接部分的导线表面已经发热氧化变成粉状，线夹内壁有突起的熔融状的铝金属颗粒，由于发现处理及时，未发生故障。又如在2007年6月维护110kV长坡站时，发现出线间隔PT本体温升15℃，属一般性热缺陷，考虑到油箱升属间接性热缺陷检查，进行PT预试检查，结果发现介损严重超标(38℃时为28％)，线圈严重受潮，经吊芯换油烘烤后介损达标，投运后温度正常。

六、结语

总之，红外诊断技术是开展设备状态检修行之有效的方法，不仅可以减少劳动强度，提高缺陷诊断率，而且可以随时随地诊断设备运行情况，保证设备安全运行，提高电气设备运行的可靠性，增加社会效益和企业经济效益。

推荐访问:电气设备 诊断 故障 技术

---