紅外測溫技術在變壓器高壓套管故障診斷的應用

陳仁剛，楊榮華，菅有為，崔 勇

（山東電力集團公司檢修公司，山東 濟南 250021）

0 引言

高壓套管作為變壓器繞組引線的主要絕緣和固定部件，要求其具有足夠的絕緣能力、機械強度，并且能夠承受變壓器長期通過的負荷電流和瞬間短路電流所產(chǎn)生的電熱影響，然而受材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、工藝以及外界環(huán)境等因素的影響，套管常常因劣化或損壞，導致電網(wǎng)事故，為了保證其安全運行，需對套管進行預防性試驗。 套管預防性試驗必須停運主設備，會降低設備的運行可靠性，而且有時因為運行方式的限制無法停運主設備，導致套管無法定期預試。帶電檢測工作由于可實現(xiàn)對電氣設備進行不停電測試，因此極大提高工作效率，其隨著檢測技術的日益成熟，已廣泛的應用于電力系統(tǒng)中。而紅外測溫技術作為帶電檢測的一種重要手段，由于具有非接觸式測量、不受電磁干擾、測量精度高等優(yōu)點，對能夠通過溫度反映出來的缺陷具有較高的檢測能力，目前廣泛應用于現(xiàn)場檢測中，成為開展狀態(tài)檢測的重要手段。

基于紅外檢測原理，通過開展紅外測溫技術發(fā)現(xiàn)一起變壓器高壓套管溫度分層故障，通過分析判斷故障類型為內(nèi)部滲油缺陷，經(jīng)現(xiàn)場解體后發(fā)現(xiàn)套管底部的尾椎鋁制法蘭處存在裂紋并有油滲出，從而驗證了紅外測溫的有效性和準確性。

1 紅外測溫基本原理

由輻射理論可知，一切溫度高于絕對零度的物體，都會向外輻射紅外線，也同時發(fā)射輻射能量。物體溫度越高，發(fā)射的能量也越大。根據(jù)斯蒂芬玻爾茲曼定律，輻射能量可以表示為：

式中：W—發(fā)熱體發(fā)生功率；ε—發(fā)射體的黑度（也稱發(fā)射率）；δ—玻爾茲曼常數(shù)；A—發(fā)射體表面積，cm2；T—發(fā)射體的絕對溫度，K。

由式（1）可知，只要知道發(fā)射體表面的發(fā)射率ε，再檢測出紅外輻射能量，就可推斷出發(fā)射體的溫度。

表1 套管電氣及油務試驗結(jié)果數(shù)據(jù)

2 案例分析

2.1 故障發(fā)生過程

2012年6月16日晚，某500 kV變電站運行人員在對本站設備進行特巡、紅外測溫工作中，發(fā)現(xiàn)2號主變B相本體高壓套管頂部油位計指示與其他主變本體有明顯區(qū)別，指針位置明顯偏低，如圖1所示。遂對2號主變高壓套管進行紅外成像測溫，紅外成像發(fā)現(xiàn)2號主變高壓套管上端部位出現(xiàn)明顯溫升斷層，如圖2所示，臨界面上下溫度相差3℃左右（上層溫度22℃，下層溫度25℃），屬于電壓致熱性故障。根據(jù)DL／T 664－2008《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》，電壓致熱型設備局部溫差超過2～3 K即存在缺陷，后對變壓器本體進行仔細檢查，未發(fā)現(xiàn)變壓器、高壓套管外表面出現(xiàn)滲漏油等明顯異常。該變壓器2000年12月投運，型號為

圖1 油位計指示圖

2.2 故障原因分析

為進一步確定故障原因，在主變停電后，工作人員立即對該套管進行了相關的電氣和油務試驗，試驗結(jié)果如表1所示。

試驗結(jié)果可知，套管的絕緣電阻、介損值以及油色譜結(jié)果均在規(guī)程標準范圍內(nèi)，由此可初步判斷該套管內(nèi)部無放電及過熱引起的電氣、油務性能變化，從而排除了套管內(nèi)部絕緣劣化的可能。通過紅外測溫對三相套管的溫度值進行對比發(fā)現(xiàn)，A相、C相套管溫度分布比較均勻，沒有斷層現(xiàn)象，而B相套管溫度具有明顯的斷層現(xiàn)象，斷層位于套管1／2位置處，且下部溫度比上部高3℃，圖3所示。

圖2 B相套管熱像圖

圖3 A、B相套管熱像對比示意圖

此外，在外觀檢查時發(fā)現(xiàn)此類高壓套管是由3段長度相等的套管黏合而成，并能通過外觀辨別出黏合位置。由于斷層位置位于套管中間部位，由此可以排除套管發(fā)熱是由于3節(jié)因材質(zhì)不同而引起，同時也排除了黏合位置處油循環(huán)不暢而引發(fā)過熱的可能。結(jié)合套管油位指示偏低且套管外觀不存在漏油等現(xiàn)象，最終，工作人員判斷套管內(nèi)部存在滲油缺陷，且由圖4可知分界面已下降到油枕內(nèi)油位位置。

圖4 套管與油枕熱像對比示意圖

2.3 處理措施

為消除缺陷，避免事故的進一步擴大，現(xiàn)場對套管進行拆卸處理，在拆下套管后發(fā)現(xiàn)，在該套管底部的尾椎鋁制法蘭出現(xiàn)5處裂紋環(huán)繞分布的機構(gòu)缺陷，并且有油不斷滲出，如圖5所示，從而驗證了套管內(nèi)部出現(xiàn)滲油的結(jié)論。

圖5 缺陷套管示意圖

為避免類似情況的發(fā)生，經(jīng)與廠家聯(lián)系，技術人員建議更換結(jié)構(gòu)改進后的套管，如圖6所示，改進后的套管末端不再使用以前的結(jié)構(gòu)，而是采用銅制法蘭整體結(jié)構(gòu)，從而起到更好的密封效果。

3 結(jié)語

加強設備的狀態(tài)檢修管理，通過開展帶電檢測以及在線檢測等手段，隨時跟蹤設備狀況，基于目前應用廣泛的紅外測溫技術，對變壓器套管定期開展紅外測溫工作，并結(jié)合油色譜分析等方法，綜合判定設備狀態(tài)，并制定有效的狀態(tài)檢修策略。

圖6 改進后套管示意圖

對變壓器套管的制造工藝，應嚴格按照工藝過程進行生產(chǎn)控制，并以技術文件為標準進行各種型式試驗和出廠試驗，保證設備質(zhì)量。

在產(chǎn)品的廠內(nèi)裝配及現(xiàn)場安裝過程中，嚴格按照相應作業(yè)指導書的規(guī)定作業(yè)，提高現(xiàn)場安裝質(zhì)量，完全按照安裝工藝守則執(zhí)行，以消除人為因素造成的安裝質(zhì)量問題。

對同型號的家族性產(chǎn)品做好統(tǒng)計工作，并密切跟蹤監(jiān)測，對出現(xiàn)類似缺陷的設備及時處理。

［1］ 陳天翔，王寅仲.電氣試驗［M］.北京：中國電力出版社，2008.

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