變電站設備運行維護中的紅外測溫應用

張居雄

摘要：眾所周知電網是否得以正常運行與其變電站設備的運行效率有著直接的關系。與此同時，當前形成了越來越復雜化的電網結構。所以除了要確保電網得以穩定運行之外，還要提升其運行的安全性、經濟性，保證用戶供電。運行人員在日常運行維護中主要是結合人工巡視、帶電檢測等各種方法檢測變電站設備是否存在不足，同時運用紅外測溫技術檢查電氣設備發熱是否存在缺陷。

關鍵詞：變電站設備；運行維護；紅外測溫應用

【中圖分類號】TN219【文獻標識碼】A【文章編號】2236-1879（2017）12-0194-02

前言：

在電力行業的發展中，紅外測溫技術得以普遍性的運用，通過此技術即可更直觀、更準確的檢查電力設備是否存在故障以及其具體故障點，其準確率非常之高，而且更為重要的是在整個檢測過程中無需修改、取樣設備運行參數。簡而言之，即無需停電可在設備處于正常運行的善存下，準確的診斷電力設備是否存在故障，比如測定溫度、識別設備當下的運行狀態以及設備性質，設備具體發生故障的部位等等。可見，通過這些檢測有利于判斷當下設備的實際運行狀態。

1紅外測溫技術原理分析

毋庸置疑所有事物都會發射紅外輻射能量，當然了通過肉眼是無法看到的，物體的溫度越高，紅外輻射能量越強、帶電設備紅外測溫技術在熱效應的作用下，可接收并測出物表面溫度以及紅外線能量。如果物體周圍的溫度高于-273度，那么其分子運動的紅外線波長也會發生相應的變化的，此時只要利用紅外測溫儀，即可得出被測物體表面的溫度，利用鏡頭轉變補測物體輻射紅外線，同時形成電信號，由系統自動處理，并形成視頻，并在屏幕中顯示出熱圖像。

2電氣設備熱缺陷及其性質的分類

2.1電氣設備發熱源。在電壓、電流雙重作用下，電氣設備在正常運行時很容易形成如下三種發熱形式：第一種是電阻損耗發熱；第二種是介質損耗發熱；第三種是鐵損致熱，在設備處于故障或者正常運行，都會形成如下發熱形式，如果設備正常運行，那么熱分布正常。假設設備發生異常，那么其發熱機理、熱分布等都會表現異常。

2.2引起熱缺陷的原因是多方面的，主要可分為如下兩種：

外部故障：毋庸置疑設備如果長期裸露于空氣中，那么極易受自然界溫、濕度等各方面因素的影響，使得某些部件可能會發生結垢，從而引起接觸不良。加之各種外力作用，破壞，使得導電截面積變小，從而引起發熱。假設未能有效連接接頭，螺栓，壓緊墊圈，那么隨著時間的推移，即易發生氧化，另外所使用的元器件質地不佳，或者在安裝時未使用良好的工藝，都有可能影響導體的正常性能。

內部故障：相對于外部故障，故障發生在內部，比如絕緣介質、電氣回路惡化或者發生故障。也指封閉于設備殼體、油絕緣、固體絕緣等部位。其主要利用如下三種方式進行熱傳遞，其一綜合傳熱學理論；其二分析傳導；其三對流和輻射，結合電氣設備的實際運行狀態同時，全方位解析內部故障，具體需要結合現場檢測實例、模擬實驗以及內部結構等特點展開，解析內部故障。內部故障而引起的發熱故障主要可分為如下幾部分：內部電氣連接存在故障、接觸不良；絕緣脫落、開裂、老化；介質損耗；大型設備的電壓、電流存在分布不均、泄流，渦流等，從而引起設備故障；部件負荷過大或者缺油、散熱異常等等。

通常認為可分別結合電流、電壓解析、考察電力設備的熱性質、過熱分成。一般認為在設備的連接處所形成的發熱，多為電流在經過導電回路電阻時而形成的，如果是此類故障，一般可在平常的工作中檢測出來。在溫升較小時，設備的發熱多在對設備絕緣介質施加電壓而引起的，通過普通的檢查是很難發現此類故障，且一旦設備由于此種原因而引起異常，那么一般認為缺陷較為嚴重。除了上述兩種之外，電力設備的致熱還有一種情況，即其發熱原因是綜合上述兩種效應而引起的，即綜合致熱型電力設備，即在各個效應的共同作用而引起的過熱。結合缺陷性質的特點，一般可分為如下幾種：

一般缺陷：即還未發生重大障礙，但是已經存在溫差，且溫度場有梯度。要求相關工作人員針對這一情況做好記錄、存檔，結合電流、負荷等情況，分析設備發熱的情況，同時可以停電，做好檢修、治理等工作，以減少發生缺陷的機率。

嚴重缺陷：設備的發熱情況較為嚴重，且存在較大的溫差、溫度場梯度。一旦發現這樣的情況，一定要第一時間處理缺陷，并采取相應的處理措施。通常可通過降低負荷電流以及相關檢測手段等方法，解決電流致熱性設備。而如果是電壓致熱性，則除了要強化檢測之外，在確認缺陷之后，還要第一時間采取相應的措施，以杜絕缺陷。

危急缺陷：即其溫度已經超過最高允許溫度了，通常指超過GB/T11022，需要第一時間安排處理此類缺陷。

3紅外測溫技術的判斷方法

3.1表面溫度判斷法：

設備發熱如果屬于如下兩種情況，即可選擇此判斷法進行檢測：其一是電磁效應；其二電流致熱型。

以《帶電設備紅外診斷技術應用導則》中的相關規定為依據，對比所設備表面溫度（各檢測點），合理選擇正常相、環境參照體以對比各主設備。一般可結合設備表面溫度值以及絕緣介質、材料及各個設備部件的溫升極限、溫度彎、負荷、環境以及氣候等條件，具體判斷設備的缺陷屬性。此法具有實用性強、簡單易行等特點，在實際運行中具有較好的操作效果。

3.2相對溫差判斷法：

在準確測溫的情況下可結合[（T1-T2）/（T1-T0）]×100%，從而得出相對溫差值。

分別用T1、T2、T0表示發熱點、正常相以及環境參照體的溫度。一般利用相對溫差法判斷電流致熱設備，通過此法可在避免環境溫度、負荷的影響下，得出更為準確的診斷結果。

3.3同類比較法。

顧名思義也就是通過對比同類型的設備，而達到判斷的作用。所謂同型設備主要指符合如下條件的設備：其一運行歷史背景相似；其二環境溫度一致；其三設備的狀況一樣。在實際操作時，主要以對比部位溫度值為基準，通過此法，即可很輕松的檢測出設備是否處于正常的工作狀態之中。值得一提的是在實際的運行中，即有可能發生三相設備存在發熱故障。不管是電流致熱設備還是電壓致熱設備都可采取此法進行，另外結合同類允許溫差、允許溫升等也可判斷電壓致熱設備是否存在故障。

3.4熱譜圖分析法：

假設圖像特征存在異常，可具體結合如下方法綜合判斷、上報：其一是電氣試驗；其二是帶電檢測手段；其三是化學試驗。

3.5檔案分析法：

通過分析各個時期的檢測數據，尤其是分析設備各參數的變化速率、變化趨勢，即可洞悉設備是否存在異常。另外只有在形成紅外圖譜庫，即獲得紅外檢測設備的相關數據。

4案例分析

4.1案例經過：

在針對220kV某變電站的紅外測溫工作時，運維人員發現如圖1所示，除了1號主變地腳螺栓存在異常之外，其連接地線發熱也存在異常，其中1號主變箱體、底座連接螺栓中有三顆螺栓溫度達到36.4、38.0、48.4度，其中當時的環境溫度、箱體底座連接處分別為10度、45度，其相對溫差達到66.9度，其發熱為電磁效應所引起的。

4.2檢測分析方法：

運維人員采用紅外成像儀測溫得出如上結果，其中螺栓在正常運行時為16度，當時的環境溫度以及底座、箱體的連接地熱發熱溫度分別為45度，最大溫差、相對溫差分別達到35.4度、66.9度。過年事，運維人員跟蹤測試了發熱點的溫度，緊固了發熱點螺絲，但是還是未能從根本上消除發熱現象，此時結合GB/T11022中相關規定，利用表面溫度判斷法，其參考規定主要包括：溫升極限、絕緣介質、材料、部件的溫度、高壓開關設備等，除此之外還充分考量了設備的綜合性制熱設備、典型圖譜庫以及當時的氣候條件，通過分析指出設備的螺栓受到變壓器電磁的影響后，而加大磁通密度，在螺桿中，高密度交變磁形成渦流，從而引起螺栓發熱。

4.3處理措施

（1）首先減少螺栓內部屬內部發生渦流損耗的情況，合理選擇發熱螺栓，材料（一般選擇導磁性佳，比如硅鋼。一方面薄片有利于降低渦流損失，另外一方面在各硅鋼片中進行絕緣處理，可有利于控制渦流損耗。基于此，為了將磁感應控制在一個合理的范圍內，可償試在接近螺栓、上下節鐘罩區域，填充磁塊。

（2）在連接螺栓時，盡可能選擇低導磁材料。這樣不僅有利于降低內部渦流損耗，同時還具有剔除發熱螺栓。合理選擇連接螺桿，一般建議選擇諸如不銹鋼、黃銅等材料，此時，可依據需要改變磁通，這有利于緩解螺栓渦流發熱的問題。

（3）在選擇磁通時，盡可能選擇絕緣熱片型，以減少損耗渦流的情況。

5結束語

綜上所述，充分說明了維護變電站的正常運行中，紅外測溫技術扮演著日愈重要的角色，且得以普遍性運用。總之在變電站應用中，紅外測溫儀得以廣泛的應用，同時作為新型的檢測方法，通過紅外診斷技術有利于高效的檢測出設備是否存在故障，進一步彰顯非接觸式紅外測溫儀的作用。所以相關人員務必積極給自己充電，夯實紅外成像測溫技術水平，重點結合日常維護變電站設備的需要，綜合解析紅外成象測漸的應用情況，刻苦鉆研，不斷檢驗、總結經驗，夯實技術基礎，以確保變電站設備得以始終處于正常運行的狀態，為電網的高效運行奠定良好的基礎。

參考文獻

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