電纜設備發熱分析及紅外技術的應用研究

許磊磊

摘 要：本文主要介紹了電纜設備發熱的成因和危害；并從紅外技術原理出發，淺談紅外測溫在電纜運行管理中的應用要點，對電纜發熱類型及開展紅外工作的關鍵事項發表自己的看法。

關鍵詞：電纜終端；發熱；紅外監測；電纜運行

中圖分類號：TN21 文獻標識碼：A

1電纜設備發熱的危害

電纜設備發熱缺陷主要有三大危害。

1.1 影響載流量。電纜設備發熱將直接影響電纜線路的載流量，會使電纜的載流量降低30%～40%，甚至更多。

1.2影響電纜及電纜設備的使用壽命。電纜本體發熱會使電纜主絕緣溫度升高，加速絕緣老化；降低了充油電纜絕緣油的性能，直接影響電纜終端的使用壽命。

1.3影響電纜安全運行。電纜終端溫度過高，可能直接引起電纜終端頭爆炸；在高負荷情況下，由于電流作用，電纜設備連接部位發熱會被進一步放大，可能導致電纜連接部位熔斷，直接影響電纜線路安全。

2 電纜設備的發熱來源

總結中山供電局近三年來電纜設備周期性紅外測溫情況發現，電纜線路發熱主要集中在電纜終端、避雷器中間接頭及電纜線路設備部件連接處。發熱原因剖析，電纜設備在運行時，由于電流、電壓的作用，將產生以下2種主要來源的發熱。

2.1 電流致熱。電流作用引起的發熱，主要發熱點為電纜設備連接處，電纜出線線掌與金具連接、電纜尾管與接地線連接處、接地線與接地體連接處等。

按照焦耳定律，當電流通過電阻時將產生熱能，其發熱功率為：

P=KfI?R（W）

式中：P為發熱功率（W）；I為電流強度（A）；R為電器或載流導體的直流電阻（Ω）； Kf為附加損耗數 。

發熱的功率與運行電流的平方成正比，隨著運行電流的增大，發熱量將成指數增加，這類發熱的紅外成像顯示主要是某一個點的溫度比較高。

2.2 電壓致熱。電壓致熱缺陷是指電壓作用引起的設備的發熱缺陷。電纜線路介質損耗也是發熱源之一，由于介質損耗與電壓平方成正比，在高壓和超高壓運行電纜中，該類缺陷更為典型。在電纜終端或接頭處，如果局部介質損耗角正切（tgδ）偏大，有可能導致局部區域溫度偏高。

由此產生的發熱功率為：

P=U?ωCtgδ

式中：U為施加的電壓；ω為交變電壓角頻率；C為介質的等值電容；tgδ為介質損耗角正切值。

電壓致熱缺陷具有隱蔽性大，更應引起足夠重視。與電流致熱缺陷相比，電壓致熱缺陷的發熱點溫升有可能不很大，一般僅十幾度，但不能因此忽視其潛在的危害性，其絕緣內部存在的缺陷有可能已很嚴重，在系統允許情況下，應盡快停電將缺陷消除。

3 電纜設備發熱原因分析

中山供電局在2014年上半年周期性紅外測溫中發現多起電纜設備發熱缺陷，下面分析兩種常見的發熱現象。

3.1 110 kV德三甲線出線線夾發熱。110 kV德三甲線有多條T接支線，長期負荷200A以上，N47塔至金鯉站段電纜是主線一部分。紅外測溫時發現，N47塔A相電纜終端出線線夾連接處發熱50.3度，正常溫度32.6度，局部溫差17.7度，線路負荷電流190A。

這類發熱主要在設備連接處，發熱缺陷原因分析如下：（1）紅外分析結果顯示為電纜終端出線線夾連接處發熱，但由于測試人員距離電纜終端較遠，成像不清晰，不能準確判定發熱節點和原因，初步判定由于過流引起的局部放熱。（2）為了進一步判斷發熱原因，組織塔上紅外測溫，測的結果是終端頭出線桿線掌與跳線連接處螺絲溫度較高，從左上至右下方第三顆螺栓發熱最為厲害，并有碳化跡象，所以斷定電纜終端出線桿線掌與跳線接觸不良，接觸電阻過大引起螺栓過流。（3）連續幾天負荷一直較大，而發熱情況隨負荷變化較大，由此更加肯定是由于接觸不良導致電流引起的發熱。（4）組織帶電作業將終端頭出線桿線掌與跳線連接處螺絲進行緊固，后測得原發熱點溫度趨于正常，局部溫差降至2.5度左右。

3.2 110kV迪中線電纜終端發熱。

110kV迪中線在測溫時發現其N11塔A相電纜終端靠底部有兩處明顯的發熱，位于終端的應力錐根部和頂部處，發熱點為31.4度和29.2度而正常溫度為27度，兩處終端傘裙明顯發黑，即電場強度變化明顯處。

這類型的發熱主要在預制式終端預制附件與交聯電纜絕緣的界面，在此位置出現溫升，主要有以下幾種原因：（1）電纜附件本身原因。附件自身質量不過關。 （2）電纜主絕緣偏心度過大，電纜生產工藝較差，電纜質量不過關。因此，電纜絕緣應盡量圓整；預制件與交聯電纜絕緣界面應有均勻的軸向及徑向應力力。（3）電纜主絕緣表面不光滑。由于施工工藝的原因，電纜主絕緣表面打磨不夠光滑，影響電纜附件內部絕緣構件的擊穿強度。（4）電纜主絕緣外半導體屏蔽層斜坡及斷口處理不平整。電纜附件在施工過程中，由于電纜屏蔽層有一定厚度，需要將外半導電屏蔽層均勻過度做斜坡處理，并且屏蔽層的斷口要求平整，否則，將會由于這些位置的重復放點引起運行過程中產生局部溫升現象。

4 紅外監測技術的應用要素

紅外監測工作的開展效果與檢測人員的技術手段及方法都有密切關系，從檢測儀器的調試、現場拍攝到圖像的分析及處理都至關重要。因此，我們在了解紅外測溫儀器工作原理、操作方法的同時，還必須對線路設備的運行模式，結構特點進行了解。結合紅紅外測溫工作中發現問題，總結出紅外檢測時應注意的一些問題： （1）應帶負荷運行。因帶負荷運行的電纜設備有電流或電壓作用才能發現內部發熱情況，能夠比較有效的發現設備發熱缺陷。（2）拍攝角度應盡量與被測設備垂直，如終端及避雷器，可以避免傘裙影響，也使得成像更加清晰準確。 （3）避免高溫下檢測設備發熱情況。高溫情況下，設備發熱情況會被環境所掩蓋，因此，應在晚上或陰天時進行。（4）測試地點應避免有熱浪或輻射的地方，以免對測試及圖片分析判斷結果造成干擾。（5）測試時，根據儀器情況，可將環境背景調暗，這樣發熱點可以有效，明顯的顯現在圖像中。（6）當現場發現疑似缺陷時，應多角度、多方位的進行拍攝，綜合比較，最大限度地反映缺陷狀況。

結語

紅外監測技術可以有效的發現設備的發熱缺陷隱患，通過對設備發熱情況的實時監測，使部分設備缺陷實現可控和在控，同時也使狀態檢修成為可能。通過有計劃的周期性紅外檢測，尤其是對數量巨大的電纜終端頭及避雷器，紅外測溫技術可以有效的檢測設備運行情況，從而實現有計劃、有目的的消除隱患，確保電網的安全可靠運行。

參考文獻

[1]DL/T596-1996，電力設備預防性試驗規程[S].