紅外測溫技術(shù)在二次回路狀態(tài)評價(jià)中的應(yīng)用

陳彬彬，安 濱，曲占斐

(國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250118)

0 引言

狀態(tài)檢修是根據(jù)先進(jìn)的檢測、試驗(yàn)手段所采集到的設(shè)備的各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，并結(jié)合設(shè)備、部件運(yùn)行工況綜合分析判斷后，確定設(shè)備檢修計(jì)劃和項(xiàng)目。其優(yōu)越性表現(xiàn)在：能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患缺陷，避免了定時(shí)檢修的盲目性，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

狀態(tài)檢修工作的主要內(nèi)容就是通過設(shè)備狀態(tài)評價(jià)開展檢修計(jì)劃和項(xiàng)目的制定。目前，設(shè)備狀態(tài)評價(jià)是通過對設(shè)備的持續(xù)數(shù)據(jù)采集，再加上對各種帶電檢測和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合分析，從而達(dá)到對設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確掌握，為狀態(tài)檢修工作的開展提供詳實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支撐的目的。

紅外測溫技術(shù)作為目前廣泛采用的帶電檢測手段，具有不停電、不解體、不接觸、不取樣及省時(shí)省力的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對帶電設(shè)備溫度的準(zhǔn)確獲取，并且能夠?qū)⒈粶y設(shè)備溫度以二維影像方式直觀呈現(xiàn)出來。通過分析獲得的帶電設(shè)備溫度狀況，可以快速判斷出設(shè)備的過熱性缺陷及潛伏性故障。

目前，紅外測溫技術(shù)在電力系統(tǒng)一次設(shè)備中應(yīng)用廣泛，可以快速判斷出一次設(shè)備的發(fā)熱缺陷，如一次設(shè)備的線夾接頭發(fā)熱、刀閘靜觸頭發(fā)熱以及一次設(shè)備本體發(fā)熱等缺陷，并且已經(jīng)制定了相關(guān)的典型圖譜庫。然而，對于電力設(shè)備二次回路的紅外測溫研究相對較少，目前尚沒有建立起缺陷案例庫。下面以2起二次回路發(fā)熱故障為例，詳細(xì)分析故障產(chǎn)生原因和處理方法。

1 紅外測溫原理及診斷方法

1.1 紅外測溫基本原理

由黑體輻射理論可知，自然界中的一切物體都在不停地向外輻射紅外線，同時(shí)也在輻射能量。輻射能量的大小與物體的表面溫度有很大的關(guān)系，物體表面溫度越高，其紅外輻射能力越強(qiáng)。因此，通過收集檢測物體紅外輻射能量，就可以判斷出物體溫度。

紅外測溫裝置將電力設(shè)備發(fā)出的紅外輻射能量收集到紅外探測器上，紅外探測器將收集到的能量轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大器放大處理后，以二維影像的方式直觀地呈現(xiàn)在溫度顯示裝置里。其測溫原理如圖1所示。

圖1 紅外測溫原理

1.2 紅外測溫診斷方法

設(shè)備發(fā)熱缺陷按照其對電網(wǎng)運(yùn)行的影響程度，分為危急、嚴(yán)重和一般3類。在設(shè)備運(yùn)行過程中，通過判斷發(fā)熱缺陷類型而采取相應(yīng)的處理方式。目前，利用紅外測溫技術(shù)診斷發(fā)熱缺陷的方法主要有以下幾種。

(1) 同類比較判斷法。通過比較三相設(shè)備之間、同相設(shè)備之間及同類設(shè)備之間對應(yīng)部位的溫差來判斷缺陷。對于電壓致熱型設(shè)備，可根據(jù)它的溫升值的差異來判斷設(shè)備是否正常。對于電流致熱型設(shè)備來說，通過比較三相或兩相設(shè)備對應(yīng)部位的溫升值來判斷設(shè)備是否正常。

(2) 表面溫度判斷法。主要是根據(jù)測得的設(shè)備表面溫度，同時(shí)結(jié)合設(shè)備負(fù)荷的大小以及所承受機(jī)械應(yīng)力的大小來綜合判斷缺陷。此方法主要適用于電流致熱型缺陷。

(3) 圖像特征判斷法。通過同類設(shè)備正常圖譜與典型發(fā)熱圖譜對比，來判斷設(shè)備是否正常。

(4) 檔案統(tǒng)計(jì)分析法。通過統(tǒng)計(jì)分析同一設(shè)備不同時(shí)間的溫度變化，找出溫度變化原因，從而判斷設(shè)備缺陷。

1.3 溫升與溫差

溫升是指被測設(shè)備與環(huán)境參照體的溫度之差。溫差是指不同設(shè)備之間或者同一設(shè)備不同部位之間的溫度差。相對溫差(δt)是指2個(gè)被測點(diǎn)之間的溫差與其中較熱點(diǎn)的溫升之比的百分?jǐn)?shù)。

式中：τ1，T1為較熱點(diǎn)的溫升和溫度；τ2，T2為正常點(diǎn)的溫升和溫度；T0為環(huán)境參照體的溫度。變電站二次回路主要分布在匯控柜、保護(hù)屏以及機(jī)構(gòu)操作箱里，不同于電力一次設(shè)備的直接測溫，變電站二次回路的測溫需要將上述二次設(shè)備屏柜的門打開后才能進(jìn)行。

采用紅外測溫技術(shù)可以快速找出二次回路中的異常發(fā)熱情況，通過測溫圖像可以直觀判斷出過熱缺陷以及發(fā)生部位，同時(shí)根據(jù)溫度分布情況準(zhǔn)確判斷出故障的嚴(yán)重程度。

2 實(shí)例分析

2.1 二次電纜異常發(fā)熱

某變電站運(yùn)檢人員在對全站二次設(shè)備進(jìn)行測溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)500 kV某線路CVT端子箱內(nèi)二次電纜發(fā)熱，其實(shí)物照片如圖2所示，紅外檢測圖譜如圖3所示。

圖2 發(fā)熱電纜位置

圖3 發(fā)熱電纜紅外圖譜

由圖3可以看出，發(fā)熱點(diǎn)的溫度為45 ℃，箱內(nèi)同一位置、同等電壓處電纜溫度為31．6 ℃，環(huán)境參照體的溫度為30 ℃，發(fā)熱點(diǎn)的溫升達(dá)到15 K，與箱內(nèi)對應(yīng)二次電纜的溫差達(dá)到13．4 K，相對溫差達(dá)到89．3 %；雖然溫差數(shù)值不是很大，但是相對溫差數(shù)值較大。根據(jù)DL/T 664—2008《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》規(guī)定，參考電流致熱性故障的診斷依據(jù)，采用同類分析判斷法，熱點(diǎn)的相對溫差達(dá)到了89．3 %，為嚴(yán)重缺陷等級，應(yīng)立即對該電纜進(jìn)行處理。

現(xiàn)場人員立刻對該電纜導(dǎo)線進(jìn)行電流測量，對電纜所連斷路器保護(hù)裝置信息進(jìn)行核對，均無異常，初步判斷缺陷由該電纜鎧裝層或屏蔽層接地不良導(dǎo)致。隨后對該電纜接線頭進(jìn)行壓實(shí)、緊固處理，并再次進(jìn)行紅外測溫。此時(shí)該電纜溫度下降為29．4 ℃，正常電纜溫度為26．9 ℃，相差很小，故障消除。由于電纜接地不良導(dǎo)致接觸電阻增大，發(fā)熱嚴(yán)重，從而引起電纜溫度過高。

本次紅外測溫技術(shù)診斷出來的電纜發(fā)熱缺陷為隱性缺陷，不通過檢測設(shè)備檢測很難被發(fā)現(xiàn)；如果不能及時(shí)處理和消除，將有可能引起保護(hù)誤動或者拒動，甚至引起火災(zāi)。

2.2 交、直流回路發(fā)熱

某變電站運(yùn)檢人員在對主變設(shè)備區(qū)二次回路進(jìn)行測溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)1號主變風(fēng)冷控制箱Ⅱ段電源交流接觸器A相出線發(fā)熱。其照片和紅外檢測圖譜如圖4、圖5所示。

圖4 接觸器接線端位置

圖5 接觸器接線端紅外圖譜

由圖5接觸器接線端紅外圖譜可以看出，發(fā)熱點(diǎn)的溫度為59．9 ℃，箱內(nèi)相同位置接觸器出線端的溫度僅為37 ℃，環(huán)境參照體溫度為30 ℃，發(fā)熱點(diǎn)溫升達(dá)到29．9 K，與箱內(nèi)對應(yīng)位置出線端的溫差達(dá)到了22．9 K，相對溫差為85．1 %，發(fā)熱點(diǎn)溫度已經(jīng)很高。根據(jù)DL/T 664—2008《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》規(guī)定，參考電流致熱性故障的診斷依據(jù)，采用同類分析判斷法，發(fā)熱點(diǎn)溫度已經(jīng)超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的允許值，達(dá)到嚴(yán)重缺陷等級。因此，立即將該主變風(fēng)冷電源切換到Ⅰ段，停用該接觸器進(jìn)行處理。

將該接觸器退出運(yùn)行后，運(yùn)檢人員立即對發(fā)熱接線端子進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)接線端子有較大松動。用內(nèi)六角扳手對接線端子緊固完畢后，再次進(jìn)行測溫，發(fā)熱電纜溫度降為36 ℃左右，發(fā)熱缺陷消除。正常情況下，接線端子應(yīng)連接牢固并壓接可靠。目前主變冷卻器都接在Ⅱ段電源上，所以通過Ⅱ段電源上接線端子的電流大，接線端子本來就容易發(fā)熱。如果接線端子沒有壓接牢固，接觸電阻變大，接線端子就會發(fā)熱嚴(yán)重。

本次紅外測溫發(fā)現(xiàn)的缺陷同樣是隱性缺陷，不通過檢測設(shè)備檢測很難被發(fā)現(xiàn)。交、直流電源作為變電站二次系統(tǒng)的電源，如果發(fā)生故障， 導(dǎo)致的后果會很嚴(yán)重。長時(shí)間發(fā)熱會導(dǎo)致電纜皮燒焦，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)，導(dǎo)致保護(hù)動作，甚至全站停電。

3 結(jié)束語

紅外測溫技術(shù)能實(shí)時(shí)、快速地檢測出二次設(shè)備的過熱缺陷及潛伏性故障，是一種非常有效的二次設(shè)備狀態(tài)檢測手段。在日常工作當(dāng)中，應(yīng)該加快推廣紅外測溫技術(shù)在二次設(shè)備狀態(tài)檢測中的應(yīng)用。鑒于目前尚沒有二次紅外測溫方面的規(guī)范規(guī)定，有關(guān)部門應(yīng)該盡快完善出臺變電二次設(shè)備紅外應(yīng)用診斷規(guī)范，編制完善典型圖譜，為二次設(shè)備紅外測溫提供規(guī)范依據(jù)。

1 中華人民共和國發(fā)展和改革委員會．DL/T 664—2008帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范[S]．北京：中國電力出版社，2008．

2 劉 博，王致迅．紅外測溫對變電設(shè)備的缺陷診斷及實(shí)例分析[J]．山東電力技術(shù)，2004，31(4)：51-54．

3 邱東曉，陳永根，劉 偉，等．影響帶電設(shè)備紅外檢測及診斷的因素[J]．電力安全技術(shù)，2011，13(9)：62-63．

4 耿克山，張城瑋．基于紅外檢測技術(shù)的變壓器火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)研究[J]．電力安全技術(shù)，2012，14(6)：37-40．