红外检测技术在电力设备故障诊断中的应用

2011-10-27郭兴科孙伟红郭碧翔阜阳供电公司236017

中国科技信息 2011年23期

郭兴科孙伟红郭碧翔阜阳供电公司，236017

红外检测技术在电力设备故障诊断中的应用

郭兴科孙伟红郭碧翔阜阳供电公司，236017

目前，红外检测技术在我国电力系统中已得到比较广泛的应用，并取得了显著的效果，为设备的在线检测和故障诊断提供了依据，有效地预防了一些事故的发生，大大提高了设备运行的可靠性。本文从红外检测的技术特点谈起，结合在我单位的实际应用，重点介绍了红外检测技术在电力设备故障诊断中的一些具体应用。

红外检测；电力设备；诊断

引言

随着用电需求的日益增长，变电设备的负荷不断创新高，同时设备热缺陷引起的故障及事故也不断涌现，造成经济损失越来越大。为及时有效地发现设备的热缺陷，保障输变电系统的高效连续运行，本文采用红外成像作为供电设备的故障诊断技术，实现设备故障在线诊断。

1.电力设备故障诊断原理

1.1 电力设备故障及主要机理

电气设备在工作的时候，由于电流、电压的作用，将产生以下4种主要来源的发热。

1.1.1 电阻损耗增大故障

金属导体在电力系统导电回路中都存在一定的电阻，当有负荷电流通过时，有一部分电能按Joule-Lenz定律以热损耗的形式消耗掉。电阻产生的发热功率为：

P=KfI2R

式中P为热功率（W）；Kf为附加损耗系数；I为通过的负荷电流（A）；R为载流导体的直流电阻值（Ω）。

对于电阻损耗增大故障而言,发热功率与负荷电流平方成正比，与系统运行电压无关，这种故障发热为电流效应引起的发热。

1.1.2 介质损耗发热

电气绝缘介质由于交变电场的作用，使介质极化方向不断改变而消耗电能并引起发热。由此产生的发热功率为：

P ＝ U2ω Ctg δ

式中U——施加的电压；ω——交变电压角频率；C——介质的等值电容；tg δ——介质损耗角正切值。这种发热为电压效应引起的发热。

1.1.3 铁损增大故障

当在励磁回路上施加工作电压时，由于铁芯的磁滞、涡流而产生电能损耗并引起发热。

1.1.4 电流分布异常和泄露电流增大故障

在正常运行状态下，存在一定的电压分布和泄漏电流的主要设备如避雷器和输电线路绝缘子等高压电气设备。一旦设备出现故障，它们的分布电压Ud和泄漏电流Ig的大小将会改变，从而导致设备表面温度场分布异常。

1.2 电气设备的热故障

电气设备的故障按红外诊断可分为外部故障和内部故障。

1.2.1 电气设备的外部故障

1.2.1.1 电气设备的外部接头接触不良引起的如长期暴露在大气中的各种电气引流的裸露接头，包括高压设备或线路中的连接件等因压接不良等常常引起过热故障，如断路器，线夹，套管等。

1.2.1.2 绝缘强度降低引起的如由于表面污秽或机械力作用引起绝缘性能降低造成的过热故障。如绝缘子裂纹、劣化或严重污秽，引起泄漏电流增大而发热。

电力设备的这类缺陷若不能及时发现和处理，将可能会造成断线、局部烧毁，甚至发展成恶性设备事故，外部缺陷数量上占电力设备热缺陷的大部分。

1.2.2 电气设备的内部故障

这是指封闭在固体绝缘、油绝缘以及设备壳体内部的电气回路故障和绝缘介质劣化引起的故障。由于这类内部热缺陷，其故障点密封在绝缘材料或金属外壳内，由于红外线的穿透能力较弱，红外辐射基本上不能穿透绝缘材料和设备外壳，所以无法直接用红外热成像装置检测内部热缺陷。但是内部热缺陷一般都发热时间长而且比较稳定。故障点的热量可以通过热传导和对流转换，与故障点周围的导体或绝缘材料发生热量传递，引起这些部位的温度升高，特别是与之有电气连接的导体也是传热的良导体，会有显著的温升。

1.3 红外诊断的原理

红外在线测温系统系统，是将高精度的室外固定式红外成像仪置于可控制高精度数字电动万向云台，根据变电站实际位置和红外测温仪的有效测温距离安装在变电站设备构架上。通过软件控制系统可以手动调整监测角度或聚焦设备的具体部位，或者通过对监测平台参数的设定，自动对预设点进行自动巡航监测，并将监测数据及红外图像自动进行保存，通过软件可自动形成数据报表输出。通过设定温度报警界线，系统会对超温设备进行声音报警，提醒监测人员及时查看报警记录，从而实现对室外变电一次设备运行温度的红外在线监测。从生产SCADA系统中调入设备负荷数据，结合环境温度变化情况，综合分析设备缺陷性质，预测缺陷发展趋势。

2.红外检测技术在阜阳供电公司的应用

近几年来，我公司34座变电站利用红外检测技术进行绝缘检测，发现了大量的电气设备电流类致热和电压类致热缺陷，主要的电气设备缺陷类型有：隔离开关接头和顶帽发热、多油断路器油箱内部发热、耦合电容器整体和末屏发热、少油断路器缺油、支柱绝缘子污秽、变压器和电抗器高压套管内连接发热、高压电缆接头发热等。

2008年11月6日，通过变电站室外红外在线测温系统，发现220k V阜阳变电站220kV母联27001闸刀与220kVⅠ段母线A相T型线夹存在异常发热缺陷，温度达到53.8℃，属于一般性发热缺陷。为了跟踪该部位缺陷发展趋势，我们利用阜阳变室外红外在线监测系统对该发热点实行24小时在线监测，时刻关注缺陷发展趋势。我们将该发热点在监测系统中设置为“预置位”，每天根据负荷变化趋势选取三个时段对该点进行实时自动跟踪监测，实时掌握缺陷变化情况。在2009年1元月2日0：26分节日放假期间，红外在线测温系统在自动巡航过程中发现该缺陷部位温度达到111.7℃（图1），已经发展为危及缺陷，监测系统进行了自动报警，并截取红外图像。节日值班监测人员及时将该情况向公司生产技术部进行了汇报，经过对现场运行方式的及时调整，使该点温度恢复正常值。2009年2月12日，根据省公司检修计划，线路工区带电班对该处进行了处理，处理后该部位运行温度恢复正常。