红外技术在电力设备故障诊断与检修中的应用分析

来源:用户上传      作者: 赵巍

　　【摘 要】 电力设备的正常工作是确保电力系统安全稳定运行的基础。为了确保电力系统安全、经济和稳定的运行，必须定期对电力设备进行检修，及时排除设备出现的各种故障。本文论述了电力设备各种故障在红外线下的表象特征以及红外检测诊断电气设备故障的因素，并对 红外技术的应用中出现的问题做简要的分析。
　　【关键词】 红外技术 电力设备 故障诊断 应用分析
　　1 红外诊断技术在电力生产中的应用
　　红外技术是研究红外辐射的产生、传递、转换、探测和应用的一门技术。红外技术在电力生产中得到了广泛的应用。为了使电力设备能够正常的运行，改变原有电力设备的固定修建模式，应用红外技术技对设备状态进行检修成为一种趋势。随着新工艺和新技术的普遍采用，红外测温技术在电力系统的应用越来越广泛，能够及时发现电力设备出现的故障，为设备状态检修提供准确的信息。红外诊断技术可以在电力设备正常运行的状态下，通过红外温度扫描成像的方式进行远距离在线诊断，这种技术能够更加有效的检测出与运行电压、负荷电流有关的设备缺陷。电力电气设备由于故障的原因会引起设备运行温度的异常变化，由此可根据设备温度的变化来测定设备故障，而红外测温技术为测量设备异常温度提供了先进的方法，在电力行业得到了广泛应用。
　　1.1 红外测温诊断与传统停电预防性试验的区别
　　电力生产具有连续性的特点，突发性和频发性是设备出现故障的表现。停电进行检测和实验必然会生产和生活带来许多不便。而红外测温诊断技术不需要停电就可以对内部热故障进行诊断。红外诊断要对高压运行设备的温度场分析和热像图谱的研究，主要掌握各种设备运行中的热像图谱。各种设备的热像与电阻、电流和电压分析有关，还受到附近磁场影响。由于红外线不能穿透高压绝缘和金属外壳，只能通过电气设备上的温度分布来分析判断。
　　1.2 红外测温诊断技术的特点
　　（1）无损检测。红外监测探测设备和相关部位发热的红外辐射能量无需辅助信号源和装置，不会对检测的设备造成损害，即无损检测。（2）不接触、不停电、不解体。对异常红外辐射和异常温度场来对运行状态下的设备进行故障检测，做到不停电、不影响正常运行，保持设备的安全性。（3）红外诊断使用广泛，效益比较高。红外诊断技术在发电厂、变电站和配电站等电气设备中广泛应用，可实现快速、灵敏和直观设备检测，检测效率高。（4）通过计算机分析实现智能化。红外成像诊断仪配备微机图像分析系统和各种软件可以对检测设备进行分析，可根据红外图像形成的参数进行计算，判断设备故障属性、故障部位和严重程度。
　　2 红外诊断技术监测故障的类型
　　（1）设备的外部热故障。设备的外部热故障是指可以采用红外热像仪对裸露在外部的设备直接观测其表面热分布状态，并迅速确定其位置。其产生的主要原因是设备部件接触面不平整或者接触面的质量引起的。
　　（2）设备的内部热故障。电力设备内部由于故障发热，无法用热像仪直接观察，确定故障的具体位置只能通过表面的热分布图进行分析和判断。形成设备内部热故障发热原因有设备内部接触不良，存在着漏电和内部绝缘老化等现象。
　　3 高压电气设备过热故障的红外诊断
　　3.1 高压套管故障的红外诊断
　　3.1.1 内外接头故障的红外诊断
　　对于与设备连接的套管外部接头，因裸露在大气中的外部故障，所以它的热像特征是以连接头为中心的热像图。对于110kV及以上电压等级的变压器套管，穿缆引线接头故障发热一般通过接线鼻子传到将军帽上，因此其热像特征是以将军帽帽端为中心的热像图。对于35kV及以下电压等级的变压器套管，与线圈连接的内部接头大多在下端，且浸入箱体油内，故障时产生的热量要通过油和套管散出，而套管较长，当热量传到套管外部时引起的温度不高。
　　3.1.2 套管缺油故障的红外诊断
　　高压套管缺油故障分为两种：（1）套管油与变压器油相连通； （2）套管油与变压器油分开，但由于某种原因造成套管缺油或存在假油位。前者的缺油故障是在安装或充油过程中没有排套管内的气体所致，因此只要排放套管内的气体即可解决。而后者是由于在油与空气分界面的上下介质热物性参数不一致，造成油面处出现较大的温度梯度，而在实际油面处形成一个具有明显温度突变的清晰热像特征。
　　3.2 高压断路器故障的热像特征和红外诊断
　　（1）内部故障。主要包括动静触头接触不良、静触头座接触不良、中间接头接触不良和内部受潮等故障。当断路器内部受潮湿，热像显示为整体发热。二档断路器偶像兼温差大道30℃且开断负荷电流后，详见温差人不变化的，则视为内部严重受潮，需尽快安排处理。内部故障中故障比例最大的是触头故障。经查阅相关资料及现场的实践，发现的故障规律。
　　（2）外部故障。包括裸露在大气中高压断路器触头座与出线头连接处的不良连接。此故障的红外热像图特征是以接线线头为中心的温度分布，且有相互对应关系。特别指出的是，对少油断路器的缺油故障的热像特征是在油界面处有清楚温度突变且缺油部分温度较低。而判断是否缺油的依据要看位面是否低于油位警戒线。
　　3.3 电力变压器故障的红外诊断
　　3.3.1 变压器内部故障的红外诊断
　　正常运行的电力变压器无法从外部对绕组和铁芯进行在线监测的原因是其绕组和铁芯都浸在油中并安装在变压器油箱内。而对于常用的干式变压器可实现在线监测。其热像特征是以芯柱和线圈为中心的热像图。干式变压器正常运行时，B相芯柱由于磁负荷高且散热性差，温度总比A、C两相高，其热像是一个以B相为中心的热像图。而对于油浸变压器，只有在吊芯下施加一定的空载励磁电压或短路电流进行，此时其绕组与铁芯的热像特征与干式变压器完全一致。
　　3.3.2 变压器外部故障的红外诊断
　　（1）当变压器外部载流导体连接不良或松动时，因电阻增大而引起局部过热，热像特征是以故障点为中心的热像图。（2）变压器漏磁和箱壳涡流故障的热像特征呈现为以漏磁通穿过并形成环流的区域为中心的热场分布。 　　4 影响红外在线检测与故障诊断结果的因素
　　4.1 运行状态的影响
　　电气设备无论是电流效应引起的导电回路故障、电压效应引起的绝缘介质故障或电压分布不均和泄漏电流过大故障、电磁效应引起的漏磁涡流故障，产生的设备发热与温升，都与设备运行状态有关。只有当设备在额定电压下运行，而且负荷越大，发热及温升越严重，故障点的特征性热异常也暴露得越明显。因此在进行红外检测时，要尽量保证设备在额定电压和满负荷下运行，至少应在检测过程的一段时间内使设备负荷不低于额定负荷的30%。
　　4.2 大气衰减的影响
　　设备表面发射的红外辐射能量经过大气传到红外检测仪上，受到大气中的水蒸气、二氧化碳、甲烷及一氧化碳等气体分子的吸收衰减和空气中悬浮颗粒的散射衰减，并且衰减程度与辐射在传输路径上的大气组分与红外检测仪的工作波长范围有关，随着辐射传输距离（ 检测距离）的增大，衰减程度加剧。我们可以通过以下方式消除大气的衰减影响：（1）选择在环境大气比较干燥和洁净的时间段（大气相对湿度不超过85%）进行检测；（2）在保证对带电设备安全距离的前提下，尽可能缩短检测距离，对检测结果进行合理的距离修正。
　　4.3 气象条件的影响
　　气象条件的影响主要表现在大气环境温度、雨、雪、雾及风力（风速）等。为克服上述影响，应选择环境温度适中的春季无雨、无雾、无风（最大风力不大于三级或风速小于0.05～0.1m/s为宜）和环境温度较稳定的夜晚（日落后2～3h至次日黎明前）进行检测。
　　5 结语
　　本文着重分析了几类高压电气设备不同故障发热的热场分布规律及表面红外热像特征，除某些电气设备的少数内部故障外，大多数因为内部故障发热在设备外部有温度响应的故障，均能用红外方法进行诊断。通过红外成像技术可以发现并消除很多目前现有常规仪器无法检测到的运行设备缺陷，该技术的运用将极大提高电力系统的安全性和经济性，必将为电力系统带来巨大的直接和间接效益。并且红外成像与故障诊断有利于实现电力设备的状态管理和向状态维修体制的过渡，还可以把运行设备的信息存入电子计算机，设备管理人员就能对管辖的所有设备运行状态实施管理，并根据每台设备的状态演变情况进行有目的的维修，可以避免设备由于缺陷而发展成事故，避免“欠维修”和“过维修”的发生，对深入开展设备状态检修起到积极的推动作用。而且红外成像技术还可以评价设备的维修质量和一次设备及线路工程的施工质量。
　　参考文献：
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