紅外熱成像技術(shù)在高壓輸電設(shè)備故障診斷中的運(yùn)用

邵 山，邱曉明，楊 陽

（平高集團(tuán)有限公司，河南 平頂山 467000）

0 引 言

紅外熱成像檢測技術(shù)是一種準(zhǔn)確、直觀且非接觸類達(dá)到較高靈敏度、安全快速，可以廣泛運(yùn)用的，對(duì)物體表現(xiàn)溫度場分布進(jìn)行測定的方法之一[1]。

1 紅外熱成像技術(shù)高壓輸電設(shè)備故障診斷原理及運(yùn)用重要性

高壓輸電設(shè)備出現(xiàn)的多數(shù)故障都是局部或整體過熱及溫度表面分布異常作為主要征兆，那么通過采用適當(dāng)?shù)募t外熱成像儀器對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行紅外輻射能量進(jìn)行檢測，并將所得的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)專門電信號(hào)處理系統(tǒng)處理可獲高壓輸電設(shè)備的表面溫度分布情況及運(yùn)行狀態(tài)信息。由于電氣設(shè)備的空間分布及性質(zhì)特征不同，因此通過紅外熱成像技術(shù)對(duì)于高壓輸電設(shè)備的狀態(tài)運(yùn)行消息進(jìn)行分析，即可判定設(shè)備內(nèi)的潛在故障問題、所在位置及嚴(yán)重程度[2]。

電氣設(shè)施的連接處是相當(dāng)容易出現(xiàn)故障或發(fā)熱的部位，紅外熱成像儀器可以明確全部能見連接處的熱隱患。針對(duì)那些因?yàn)檎诒味鵁o法直視的位置，就傳統(tǒng)的方法而言，只能進(jìn)行解體檢驗(yàn)并清理接頭，根本沒有其他辦法。而采用紅外熱成像儀器能夠依據(jù)其熱量傳遞至外部零件上的情形，對(duì)熱隱患進(jìn)行了解，不需要借助其他工具，便能夠在-20～2 000 ℃的寬量程里直接依靠0.05 ℃的高分辨率實(shí)施檢驗(yàn)。由此可知，紅外熱成像儀器所具備的檢驗(yàn)性能極其卓越。

此外，采用紅熱成像儀器取代傳統(tǒng)檢驗(yàn)手段還能夠節(jié)約許多費(fèi)用。此類節(jié)省主要表現(xiàn)在兩大方面：一方面，紅外熱成像儀器檢測速度非常快，因此無需如傳統(tǒng)手段那樣消耗人力、物力去實(shí)施設(shè)施的拆裝、檢查、清潔、固定、搭架子等；另一方面，采用紅外熱成像儀器檢測時(shí)，無需設(shè)施斷電，而僅在找到故障后，實(shí)施維修時(shí)才需要進(jìn)行停電，而且極有可能把維修時(shí)間設(shè)置在計(jì)劃停電的時(shí)間范圍里。

2 紅外熱成像技術(shù)檢測高壓輸電設(shè)備故障方法

對(duì)于高壓輸電設(shè)備的故障問題，運(yùn)用紅外熱成像技術(shù)主要包括兩類，一種是一般檢驗(yàn)，另一種是精準(zhǔn)檢驗(yàn)。一般檢驗(yàn)通常比較適用于高壓輸電設(shè)備未有較高要求環(huán)境中，如大范圍檢驗(yàn)設(shè)施高速掃描，電流致熱問題中對(duì)設(shè)施的發(fā)熱情況綜合了解。精準(zhǔn)檢驗(yàn)則在對(duì)設(shè)備、環(huán)境精準(zhǔn)度要求較高情況下運(yùn)用，通過檢驗(yàn)電壓所致內(nèi)部故障問題，從而判定故障所在。故障診斷方法目前主要以表面溫度鑒定、相對(duì)溫差鑒定、同類對(duì)比、熱譜圖解析、檔案解析共計(jì)5種檢驗(yàn)方法[3]。

3 高壓輸電設(shè)備紅外熱成像故障診斷技術(shù)運(yùn)用案例

3.1 鑒別電流致熱型機(jī)械故障

目前，電流致熱故障問題中，電機(jī)、CT、開關(guān)三類故障問題是常見的情況，運(yùn)用紅外熱成像故障診斷技術(shù)解決如下[4]。

3.1.1 電機(jī)故障

某一電場發(fā)電機(jī)機(jī)器大檢修檢測定子線圈的直流電阻結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在異常，達(dá)到2.15%的互差值，存在超標(biāo)問題。工作人員對(duì)這一情況預(yù)測為：由于線棒焊接點(diǎn)所致。然后運(yùn)用紅外熱像儀測量發(fā)電機(jī)溫度，在檢測過程中發(fā)電機(jī)的定子線圈流通電流數(shù)值是1 200 A。在經(jīng)幾個(gè)小時(shí)后發(fā)現(xiàn)，自熱像儀顯示#55線棒延伸線達(dá)到34.9 ℃局部溫度，剩余達(dá)33 ℃的部分溫度，所以最終確定此為故障點(diǎn)。技術(shù)人員剝開絕緣體后，確實(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣體云母過熱且發(fā)現(xiàn)大塊焊錫鎦子，證實(shí)該處即錫流失故障。通過重新焊接線棒的焊接點(diǎn)，直至紅外檢測溫度恢復(fù)正常之后機(jī)組即可再次使用。

3.1.2 CT故障

某一高壓發(fā)電機(jī)終端CT完成二次直流電阻檢測，最終的檢測結(jié)果表明CT端的直流電阻明顯上升8.5%，較正常數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出。為了更好的找出故障發(fā)生原因，通過在故障CT通入直流并完成紅外熱成像測溫，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)在于接頭溫度過高，也就是內(nèi)部焊接錯(cuò)誤所致，因此判該故障即內(nèi)部熱故障問題。

3.1.3 開關(guān)故障

某廠運(yùn)用紅外測溫?cái)?shù)據(jù)檢測高壓輸電設(shè)備隔離開關(guān)，經(jīng)檢測數(shù)據(jù)（見表1）發(fā)現(xiàn)，A相一臺(tái)隔離開關(guān)端部轉(zhuǎn)頭存在溫度異常情況，相較另一端轉(zhuǎn)頭該端的轉(zhuǎn)頭溫度明顯高出12.76K。以《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》為依據(jù)，想要更好的解決隔離開關(guān)帶轉(zhuǎn)頭溫度存在的檢測結(jié)果誤差情況，確定溫差在15K以內(nèi)即已達(dá)到關(guān)鍵缺陷要求，對(duì)此需要停電后進(jìn)行預(yù)試處理[5]。

表1 紅外熱成像檢測結(jié)果

3.2 鑒別電壓致熱型機(jī)械故障

對(duì)于絕緣介質(zhì)，采用公式P=U2·ω·C·tgδ計(jì)算損耗。發(fā)熱功率數(shù)值一般受電壓強(qiáng)弱程度影響，所以稱該類機(jī)械為電壓致熱型機(jī)械。運(yùn)用紅外熱成像技術(shù)對(duì)該機(jī)械進(jìn)行故障診斷中，主要針對(duì)電壓互感器、避雷器、絕緣子、耦合電容器、電纜頭及開關(guān)斷口均壓電容器展開診斷。

某高壓電廠運(yùn)用紅外熱成像技術(shù)檢測變壓器，發(fā)現(xiàn)變壓器下部螺栓部位溫度過高，根據(jù)檢測結(jié)果認(rèn)為變壓器在運(yùn)轉(zhuǎn)中，漏磁于變壓器鐘罩上端感應(yīng)面的大電流，通常會(huì)經(jīng)過變壓器鐘罩螺栓、底座、接地扁鐵進(jìn)行泄放。這樣一來螺栓越緊固，反之接觸電阻值便會(huì)減小，但是泄放電流則明顯增加，存在嚴(yán)重發(fā)熱的情況。所以在故障診斷中通過將嚴(yán)重發(fā)熱螺栓外跨接短路環(huán)，發(fā)現(xiàn)不僅可以對(duì)高溫螺栓有效散熱，還可以達(dá)到分流成效，在處理后高壓輸電設(shè)備均恢復(fù)正常。

3.3 機(jī)械故障鑒別

目前，高壓輸電機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中，發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等電力機(jī)械，都存在所受軸承振動(dòng)及潤滑冷卻油量較少，或設(shè)備裝設(shè)的調(diào)整不當(dāng)?shù)葐栴}，導(dǎo)致軸承的整體受力不均，最終所致軸承磨損度較高。直流電動(dòng)機(jī)換向器由于存在表層受損變形導(dǎo)致溫度增高、熱量較大。這些故障問題，均可以運(yùn)用紅外熱成像技術(shù)加以鑒別。

3.3.1 電壓、電流互感器故障

診斷電壓互感器故障問題運(yùn)用紅外熱像技術(shù)，能夠初步排查故障存在鐵芯片之間，局部短路“業(yè)部線圈匝間短路”，具體依照故障問題的嚴(yán)重程度，作為設(shè)備是否退出運(yùn)行的判斷依據(jù)，并且經(jīng)色譜及電氣試驗(yàn)對(duì)存在的缺陷類型進(jìn)行分析評(píng)定，還可經(jīng)紅外診斷迅速探測是否隸屬電流互感器介質(zhì)損耗過大所致故障問題。

某一電廠在巡檢過程中，發(fā)現(xiàn)運(yùn)用的TYD110-01007H電容式電壓互感器發(fā)生分壓電容熱性異常問題，自上至下的第7裙位置瓷套表面的溫度迅速升溫，達(dá)到縱向溫差9e，較同類設(shè)備溫差高達(dá)10e。因此，判定該設(shè)備故障問題為多個(gè)連續(xù)電容單兀的絕緣板表面發(fā)生爬電燒傷炭化問題。以熱像圖中存在的溫度分界線為依據(jù)，對(duì)上部缺油所暴露外面，下部浸于絕緣油內(nèi)進(jìn)行探明，電壓互感器中壓引出至電磁單兀油箱套管及電容兀件均破損，且油箱內(nèi)的密封圈兩端并未深入至密封槽內(nèi)，導(dǎo)致存在密封不良的問題。經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)，紅外故障探測運(yùn)用行標(biāo)重點(diǎn)進(jìn)行電壓互感器測溫，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障問題。

3.3.2 斷路器、避雷器故障

避雷器極有可能存在非正常溫度分布、過大相間溫差及局部升溫等故障問題。通過運(yùn)用紅外熱像結(jié)合帶電測試兩種測試方法，能夠準(zhǔn)確探測因閥片破損所致的故障問題，觀察故障引發(fā)整相及部分兀件發(fā)熱，主要由于避雷器受潮，所致故障及非故障兀件發(fā)熱。也可以運(yùn)用紅外熱像，探測動(dòng)靜、中間、靜不同觸頭，診斷由于接觸不良問題所引發(fā)的斷路器內(nèi)部受損、受潮和缺油多種故障問題。

4 結(jié) 論

紅外熱成像技術(shù)能夠普遍運(yùn)用于狀態(tài)監(jiān)察及故障診斷中，具有良好的應(yīng)用前景。未來也希望該技術(shù)能夠更好的對(duì)高壓電力設(shè)施的內(nèi)里穩(wěn)定與表層溫度聯(lián)系加以明確，以便更好的運(yùn)用該故障診斷技術(shù)來確保高壓輸電設(shè)備的運(yùn)行正常。