紅外檢測技術在電力設備故障診斷中的應用

郭興科 孫偉紅 郭碧翔 阜陽供電公司，236017

紅外檢測技術在電力設備故障診斷中的應用

郭興科 孫偉紅 郭碧翔 阜陽供電公司，236017

目前，紅外檢測技術在我國電力系統中已得到比較廣泛的應用，并取得了顯著的效果，為設備的在線檢測和故障診斷提供了依據，有效地預防了一些事故的發生，大大提高了設備運行的可靠性。本文從紅外檢測的技術特點談起，結合在我單位的實際應用，重點介紹了紅外檢測技術在電力設備故障診斷中的一些具體應用。

紅外檢測；電力設備；診斷

引言

隨著用電需求的日益增長，變電設備的負荷不斷創新高，同時設備熱缺陷引起的故障及事故也不斷涌現，造成經濟損失越來越大。為及時有效地發現設備的熱缺陷，保障輸變電系統的高效連續運行，本文采用紅外成像作為供電設備的故障診斷技術，實現設備故障在線診斷。

1.電力設備故障診斷原理

1.1 電力設備故障及主要機理

電氣設備在工作的時候，由于電流、電壓的作用，將產生以下4種主要來源的發熱。

1.1.1 電阻損耗增大故障

金屬導體在電力系統導電回路中都存在一定的電阻，當有負荷電流通過時，有一部分電能按Joule-Lenz定律以熱損耗的形式消耗掉。電阻產生的發熱功率為：

P=KfI2R

式中P為熱功率（W）；Kf為附加損耗系數；I為通過的負荷電流（A）；R為載流導體的直流電阻值（Ω）。

對于電阻損耗增大故障而言,發熱功率與負荷電流平方成正比，與系統運行電壓無關，這種故障發熱為電流效應引起的發熱。

1.1.2 介質損耗發熱

電氣絕緣介質由于交變電場的作用，使介質極化方向不斷改變而消耗電能并引起發熱。由此產生的發熱功率為：

P ＝ U2ω Ctg δ

式中U——施加的電壓；ω——交變電壓角頻率；C——介質的等值電容；tg δ——介質損耗角正切值。這種發熱為電壓效應引起的發熱。

1.1.3 鐵損增大故障

當在勵磁回路上施加工作電壓時，由于鐵芯的磁滯、渦流而產生電能損耗并引起發熱。

1.1.4 電流分布異常和泄露電流增大故障

在正常運行狀態下，存在一定的電壓分布和泄漏電流的主要設備如避雷器和輸電線路絕緣子等高壓電氣設備。一旦設備出現故障，它們的分布電壓Ud和泄漏電流Ig的大小將會改變，從而導致設備表面溫度場分布異常。

1.2 電氣設備的熱故障

電氣設備的故障按紅外診斷可分為外部故障和內部故障。

1.2.1 電氣設備的外部故障

1.2.1.1 電氣設備的外部接頭接觸不良引起的如長期暴露在大氣中的各種電氣引流的裸露接頭，包括高壓設備或線路中的連接件等因壓接不良等常常引起過熱故障，如斷路器，線夾，套管等。

1.2.1.2 絕緣強度降低引起的如由于表面污穢或機械力作用引起絕緣性能降低造成的過熱故障。如絕緣子裂紋、劣化或嚴重污穢，引起泄漏電流增大而發熱。

電力設備的這類缺陷若不能及時發現和處理，將可能會造成斷線、局部燒毀，甚至發展成惡性設備事故，外部缺陷數量上占電力設備熱缺陷的大部分。

1.2.2 電氣設備的內部故障

這是指封閉在固體絕緣、油絕緣以及設備殼體內部的電氣回路故障和絕緣介質劣化引起的故障。由于這類內部熱缺陷，其故障點密封在絕緣材料或金屬外殼內，由于紅外線的穿透能力較弱，紅外輻射基本上不能穿透絕緣材料和設備外殼，所以無法直接用紅外熱成像裝置檢測內部熱缺陷。但是內部熱缺陷一般都發熱時間長而且比較穩定。故障點的熱量可以通過熱傳導和對流轉換，與故障點周圍的導體或絕緣材料發生熱量傳遞，引起這些部位的溫度升高，特別是與之有電氣連接的導體也是傳熱的良導體，會有顯著的溫升。

1.3 紅外診斷的原理

紅外在線測溫系統系統，是將高精度的室外固定式紅外成像儀置于可控制高精度數字電動萬向云臺，根據變電站實際位置和紅外測溫儀的有效測溫距離安裝在變電站設備構架上。通過軟件控制系統可以手動調整監測角度或聚焦設備的具體部位，或者通過對監測平臺參數的設定，自動對預設點進行自動巡航監測，并將監測數據及紅外圖像自動進行保存，通過軟件可自動形成數據報表輸出。通過設定溫度報警界線，系統會對超溫設備進行聲音報警，提醒監測人員及時查看報警記錄，從而實現對室外變電一次設備運行溫度的紅外在線監測。從生產SCADA系統中調入設備負荷數據，結合環境溫度變化情況，綜合分析設備缺陷性質，預測缺陷發展趨勢。

2.紅外檢測技術在阜陽供電公司的應用

近幾年來，我公司34座變電站利用紅外檢測技術進行絕緣檢測，發現了大量的電氣設備電流類致熱和電壓類致熱缺陷，主要的電氣設備缺陷類型有：隔離開關接頭和頂帽發熱、多油斷路器油箱內部發熱、耦合電容器整體和末屏發熱、少油斷路器缺油、支柱絕緣子污穢、變壓器和電抗器高壓套管內連接發熱、高壓電纜接頭發熱等。

2008年11月6日，通過變電站室外紅外在線測溫系統，發現220k V阜陽變電站220kV母聯27001閘刀與220kVⅠ段母線A相T型線夾存在異常發熱缺陷，溫度達到53.8℃，屬于一般性發熱缺陷。為了跟蹤該部位缺陷發展趨勢，我們利用阜陽變室外紅外在線監測系統對該發熱點實行24小時在線監測，時刻關注缺陷發展趨勢。我們將該發熱點在監測系統中設置為“預置位”，每天根據負荷變化趨勢選取三個時段對該點進行實時自動跟蹤監測，實時掌握缺陷變化情況。在2009年1元月2日0：26分節日放假期間，紅外在線測溫系統在自動巡航過程中發現該缺陷部位溫度達到111.7℃（圖1），已經發展為危及缺陷，監測系統進行了自動報警，并截取紅外圖像。節日值班監測人員及時將該情況向公司生產技術部進行了匯報，經過對現場運行方式的及時調整，使該點溫度恢復正常值。2009年2月12日，根據省公司檢修計劃，線路工區帶電班對該處進行了處理，處理后該部位運行溫度恢復正常。

3.經驗與體會

3.1 紅外在線測溫系統的研究與應用，主要目的是提高輸變電設備的狀態監測水平，為狀態檢修工作提供可靠的技術支持，并可以有效解決人工紅外測溫工作中所遇到的設備多工作量大、變電站偏遠等問題，為企業節約人力、物力。

3.2 該測溫系統主要應用于變電站室外一次輸變電設備的在線測溫工作，不僅可以在第一時間發現設備的過熱性故障，并且可以對缺陷部位進行跟蹤監測，時刻掌握缺陷的發展趨勢。

圖1 220kV母聯27001閘刀與220kVⅠ段母線A相T型線夾異常發熱缺陷

[1]DL/T 664-1999,帶電設備紅外診斷技術應用導則

[2]周茵.紅外測溫技術的應用[J].電力系統裝備，2003，31(6)：-69-72，84

[3]崔炳哲.電機測試技術[M].北京；中國社會科學出版社，2004

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.23.056