红外热诊断技术在电气设备故障中的应用.docx

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1、红外热诊断技术在电气设备故障中的应用zhaohy导语：红外诊断技术亲密追踪监测每台设备详细运行技术状态的开展、变化情况，并根据状态监测结果，把握设备运行状态或者设备故障演变的情形和恶化的程度，对故障设备的诊断到位摘要：红外诊断技术作为状态维修体制的一种，亲密追踪监测每台设备详细运行技术状态的开展、变化情况，并根据状态监测结果，把握设备运行状态或者设备故障演变的情形和恶化的程度，对故障设备的诊断到位，使维修实现“无病不修，有病才修，修必修睦。关键词：电力设备；红外诊断技术；故障判定；状态维修以往，我们对电力设备的维修和诊断主要依靠事后维修体制、预防维修体制。19851990年间全国有80%的变压

2、器事故是在预试合格情况下发生的；20002003年间我省电气设备有90%是在预试合格情况下发生了事故；从以上事例证实,投入大量人力、物力、财力进展的预防性试验的作用甚微，其原因主要是：设备不是处于运行状态，不能真实反映设备的运行参数；试验周期不符合设备故障规律浴盆曲线；因此国内外电力行业逐步兴起了较先进的状态维修体制。在国外，早在1949年Leslie等人就首次提出利用红外技术探测高压输电线途经热接头的思想，并描绘了利用电阻测辐射热计制成的红外辐射计探测过热接头的详细方法。此后，随着红外探测元器件和仪器系统的开展，正式开拓了应用红外测温仪器检测电力设备热故障的新领域，并在此根底上，不断改良和完

3、善红外检测仪器，扩大使用范围，逐步进步在实际中的使用效果。而我局在近年来也引进了较为先进的红外热像仪TV2000，并应用该仪器解决了变电站内诸如变压器高压套管端部连接接触不良等故障现象，并建立了热像图数据库，获得了一定成绩，探索了一定经历，大大减少了停电检修造成的大量经济损失。1.电力设备故障红外诊断的根本原理和技术特点1.1根本原理物理学研究说明，世间万物都会发射人眼看不见的红外辐射能量，而且，物体的温度越高，发射的红外辐射能量越强。带电设备的红外诊断技术就是这样一门新兴的学科。它是利用带电设备的致热效应，采用专用设备获取从设备外表发出的红外辐射信息，进而判定设备状况和缺陷性质的一门综合技术

4、。1.2技术特点与传统的预防性试验和离线诊断相比，红外诊断方法具有以下的技术特点。1.2.1不接触、不停运、不取样、不解体。1.2.2可以及时发现运行中设备的异常征兆，防止发惹事故；1.2.3可实现大面积快速扫描成像，状态显示快捷、灵敏、形象、直观，检测效率高，劳动强度低。1.2.4既可定性反映设备的故障存在与否，又能定量地反映故障严重程度。1.2.5可以适当延长设备试周期，逐步到达代替预试，减少停电，减少误操纵等不平安因素。节省大量人力，物力和时间；1.2.6对老旧或者存在隐患的设备，可以随时跟踪监视其运行状况，最大限度地利用其剩余寿命。2.电力设备故障红外诊断的适用范围随着电气设备故障红外

5、诊断技术研究的深人开展，十分是通过对高压电气设备内部故障发热的传热分析与模拟试验研究，并结合大量现场监测统计分析，人们逐渐把握了各类高压电器不同故障发热的热场分布规律与外表红外热像特征。从故障的发热机理，电力设备故障红外诊断的适用范围如下：2.1高压电气设备内部导流回路故障的诊断很多高压电气设备的内部导流回路因连接不良，接触电阻增大而出现过热。当改变负荷电流时，其发热功率和外表红外热像也随之改变。所以，通过红外热像，就可以分辨设备内部导流回路的连接故障。这类故障又可称为电流致热型故障。2.2高压电气设备内部绝缘故障的诊断很多高压电气设备的内部绝缘由于密封不良，进水受潮，或因绝缘介质老化导致电气

6、绝缘性能下降，甚至会出现部分放电或者击穿。此类故障的发热功率与运行电压有关，而与负荷电流大小无关。绝缘故障的外部特征，往往是表现为温度上高低低的热场分布。据此，可断定为设备出现相应的绝缘故障。这类故障又可称为电压致热型故障。2.3其他故障诊断在电力系统中，故障现象除以上两种主要故障外，还有以下几种可以通过红外热成像诊断出：铁磁损耗或者涡流故障的诊断；电压分布异常和泄漏电流增大故障的诊断；油浸电气设备缺油故障的诊断；电力带电作业、平安工用具内部缺陷和金属导体接件的诊断；火电厂锅炉运行状态诊断；热力系统破损及漏热诊断等等。3.热成像诊断的一般方法与应用实例在判定故障时，应根据详细情况排除诸如风力，

7、环境温度稳定性，间隔，操纵因素等干扰因素，进展三相或者邻相比拟，以正确分析设备缺陷。根据上述特点，结合多年来的研究成果及大量的检测实例，对电气设备内、外部热缺陷的特点及形成原因进展了分析讨论，其典型实例如下：3.1电力变压器电力变压器作为变电设备的核心，是变电站最重要的设备。多年来人们也试图寻找诊断其内部故障的方法，但是，由于正常运行时，变压器自身的损耗功率太大，远远超过其内部某些接触不良故障或者绝缘性能问题产生的热量。因此其内部绕组绝缘缺陷或者铁芯故障等方面的故障是很难用热像检测来发现的。目前应用较成功的主要有主变套管及外壳漏磁等方面。其中可检测的故障类型有：3.1.1高压套管端部连接接触不

8、良含接头通常在端部出现部分高温，可能是套管内外部件间的接触不良的情形，如图1-1所示，110kV龙门变2号主变高压侧A相套管接头温度52，其余两相均为30，经检查是A相将军帽与接头的螺纹接触不良，接触电阻增大。经处理后投运正常。3.1.2高压套管电容型介损过大或者放电性故障这类故障通常导致套管本体普遍发热，可从相间的比拟中得出判定。但现场中可能会受到主变本体的热量散发及高温背景影响。国内已有类似的诊断事例，但我省还没有发现过。3.1.3高压套管缺油这是一类普遍发生的故障，固然目前很少导致套管事故。套管中上部缺油后，温度出现梯级下降，这种热像也很轻易受主变本体热像干扰以及邻近高温背景的反射。因此

9、环境温度变化大时，反而有利于它的检测，如图1-2所示为110kV铁山变1号主变高压侧套管A相缺油的热像。IMG=110kV铁山变1号主变高压侧套管A相缺油的热像/uploadpic/tech/2007/12/2007121009133412207K.jpg/IMGIMG=110kV铁山变1号主变高压侧套管A相缺油的热像/uploadpic/tech/2007/12/2007121009134034921V.jpg/IMG3.1.4纯瓷套管导杆的内部连接不良纯瓷套管导杆的长度相对较短，当内部接头不良时，热能可通过导杆向外传播，一般表现为导杆局部温度相对高些，可以区分出来。3.1.5漏磁屏蔽不良的

10、外壳部分发热主变的磁屏蔽不良可导致外壳的过热故障，一般可出如今螺杆附近的部分磁通集中而发生过热现象，如图1-3所示。IMG=漏磁屏蔽不良的外壳部分发热/uploadpic/tech/2007/12/2007121009134689161V.jpg/IMG3.1.6其它部位油位异常根据油液面的上下，很多金属容器内的液位可得到正确反响，如油枕油位等。3.2断路器断路器是变电设备中数目较多的一类，从发热角度看其故障最多的主要是电接触方面的故障，如触头，触头座等。相对来讲，断路器的检测受到的干扰要少得多。而多数断路器本体简洁，故障易于发现，检测结果的可靠性较好，准确度也较高。但是手车柜或者GIS断路器

11、的检测就存在很大困难。现场应用中可检测的的故障类型有：3.2.1触头接触不良发热这是断路器最常见的故障，主要表如今相关金属部位瓷套少油、SF6发热，可能是动静触头不良，中间触头不良等方面。如图2-1所示为220kV旧县变断路器194,发热处比正常高出了大约10。3.2.2断路器CT故障这类故障以35kV断路器为主，常表现为CT部位的金属外表整体发热，包括CT铁芯或者二次线圈方面的故障所致，如图2-2所示为35kV红碳山变断路器304CT发热情况。IMG=220kV红碳山变断路器304CT发热情况/uploadpic/tech/2007/12/2007121009135446677E.jpg/I

12、MGalign=centerIMG=35kV红碳山变断路器304CT发热情况/uploadpic/tech/2007/12/2007121009142799169A.jpg/IMG/align3.2.3外部引线接头不良主要是断路器外接线端头的连接不良，这是很普遍的故障之一，如图2-3，故障相进线侧温度达120，出线侧温度只有45，这是由于安装或者检修时的忽略或者工艺不良引起。处理后投运正常。IMG=外部引线接头不良/uploadpic/tech/2007/12/20071210091433174202I.jpg/IMG3.2.4缺油故障断路器缺油故障的热像特征与套管是类似的。但从实用情况看，国

13、内除了有发现中低等级的缺油故障外，未见有更高电压等级的检测实例。3.3电压互感器电压电感器的负荷极低，一般来讲，主要是电压致热型缺陷，只有自身绝缘问题才会产生异常发热。故障主要是由于受潮、匝间击穿、绝缘劣化等引起，通常只出现整体的温升。一般不易分清哪方面的故障因素。因此，对轻度的绝缘缺陷轻易被掩盖过去，而且不同型号的互感器经常混用，其损耗程度均不一致，这给检测诊断带来不少的难题。目前这类诊断还在进一步探究中。3.4电流互感器由于电流互感器除了绝缘方面的缺陷外，还有电传导方面的故障。故障主要表如今接触过热方面。在正常运行时，互感器本身没有什么电损耗，整体温升一般很低，是红外诊断效果最好一类设备。

14、应用中可检测的故障类型有：3.4.1内联接不良故障电流互感器由于其内部一次接线较复杂，又要承受较大的负荷电流，是常出现故障的部位，主要原因有，一次线圈大螺杆、端压板松驰，串并联出线头松驰等，一般导致顶帽整体或者部分发热。如图3-1，为110kV励处山变193CT，其最热门温度已达62，检修时发现是串并联连接处接触不良。3.4.2绝缘缺陷故障如图3-2所示为220kV曹溪变233CT，由于电流互感器的一次线圈大多采用油纸绝缘，一次线圈都设计成电容芯子。当绝缘受潮或者出现绝缘缺陷时，这些油纸介质很轻易出现损耗增加而使设备发热，一般都表现为上高低低的整体发热特征。IMG=110kV绝缘缺陷故障/up

15、loadpic/tech/2007/12/2007121009144884592R.jpg/IMGIMG=220kV绝缘缺陷故障/uploadpic/tech/2007/12/20071210091457500453.jpg/IMG3.4.3外部连接不良故障这类故障常导致故障部位连接件发热，如图3-3为110kV龙门变303CT,发热温度47，停电检修时拧紧螺丝，投运正常。IMG=外部连接不良故障/uploadpic/tech/2007/12/2007121009150424595X.jpg/IMG3.4.4缺油故障因制造或者检修工艺忽略可导致缺漏油。3.5电缆头在10kV等级的电缆中，电缆头

16、的发热是一个特别普遍的问题，它也是导致电缆头事故的重要起因。绝大多数事故是由于接触过热或者工艺不良导致绝缘损坏后发生击穿的。因此，电缆的热像检测实际上就是电缆头部段的检测，如图4为110kV西郊变10kV西郊线0杆电缆头。从省内外的应用情况看，可检测的故障类型有：3.5.1电缆头出线外接头不良这类故障是由于外部连接线安装时，未紧固产生的，接头过热向电缆头传导，并危及电缆绝缘，假设故障开展至特别严重，可使电缆头绝缘击穿而发惹事故。3.5.2电缆头线鼻子等内连接压接不良故障发热门在电缆出线末端附近，同样会危及电缆绝缘问题。3.5.3电缆头绝缘不良这类故障发热是从电缆头根部向外传导，且比电缆本体的温

17、度还高，但总的温升值不会太高，通常这是电缆头制作工艺不良的结果。IMG=电缆头绝缘不良/uploadpic/tech/2007/12/2007121009151238411I.jpg/IMG另外,目前应用较成功的主要有避雷器在受潮方面的检测；阻波器内外接头不良的故障检测；绝缘子污秽所致的发热故障和零值或者低值故障检测；耦合电容器内部受潮或者绝缘材质工艺不良引起的部分或者整体发热检测；隔分开关触头接触不良等故障检测。4.电力设备故障红外诊断的局限性应该成认，任何一种先进的技术都不可能是完美无瑕的，红外诊断也不例外。就目前而言，红外诊断的主要缺乏在于：1标定较困难。尽管红外诊断仪器的测温灵敏度很高

18、，但因准确度受被检测外表发射率及环境条件的影响较大，很难获得特别准确的测温结果。2对于一些不易观察到的内部缺陷，例如：全密封电气设备、小车柜开关、合成绝缘子、线路绝缘子等，或者受到对流或者其它干扰热源影响的异常发热故障，大型复杂的高压电气设备或者热能动力设备内部的故障，还难以作出有效的诊断。3由于红外热成像对被测环境包括环境温度，湿度，风速的要求比拟高，因此要尽量避开日光，灯光直射和雷雨雾雪，防止其他高温辐射干扰。红外诊断的局限性需要我们在今后的开展中结合实际给预改良！5红外诊断的开展近几年来，红外热像仪在我省变电设备各方面进展了大量应用，诊断发现大量设备缺陷，其中不乏主设备方面的严重缺陷，对

19、降低我省变电设备故障率起到了良好作用，它在一定程度上弥补了电气设备离线试验中所不易或者无法发现设备缺陷的缺乏，并填补了很多高压设备缺少在线监测的空白，尤其在提倡状态检修的开展形势下，热像诊断已经成为电气设备从定期检修向状态检修转变中一个不可缺少的技术手段，十分是如今先进红外热像仪温度分辨率可达0.020.05，空间分辨率可达0.07mrad，红外成像诊断给出的故障显示形象、直观，具有很高的分辨才能和准确性。由于红外监测方法可以进展大范围设备温度变化的快速实时监测扫描，如今已逐步将其运用于直升飞机检测输电线路中的发热故障，大大进步检测效率，降低劳动强度，红外检测诊断工作在我省电网设备运行治理上所获得的明显成效在今后的工作中将更加突出。参考文献：1、程玉兰红外诊断现场实用技术M北京：机械工业出版社，2002.42、DL/T6641999，带电设备红外诊断技术应用导0