红外诊断技术在亭子口水利枢纽中的应用

李 盘

（嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪 628400）

1 工程概述

亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内，是嘉陵江干流的控制性骨干水利枢纽工程，开发任务以防洪、灌溉及城乡供水、发电为主，兼顾航运，并具有拦沙减淤等综合利用效益。水库正常蓄水位458 m，总库容40.67亿m3，可灌溉农田19.476万hm2，电站装机容量4×275 MW，保证出力163～187 MW，设计年平均发电量29.67亿～31.94亿kW·h。

亭子口水利枢纽主接线采用的是发电机变压器组联合单元接线，500 kV采用角形接线，该接线方式简单、清晰，投资最少，电站初期为1回出线、三角形接线，仅设3台高压断路器。在这种发变组扩大单元接线方式下，单台机组出现故障时就会影响到2台机组的稳定运行，因此红外诊断技术在亭子水利枢纽中的应用显得特别重要。同时亭子口作为一个水利枢纽工程，负荷电流很少能够在额定负荷下运行，针对这种情况采用了红外诊断故障中的相对温差法对其进行诊断。

2 电气设备发热类型

电气设备在不同的运行条件和状态下具有不同程度的发热，这种现象称为设备的热状态，热状态可分为正常和异常两种情况。设备热状态的异常是因设备本身存在缺陷或故障所引起，如果设备长时间高温运行，那么其稳定性、强度、绝缘性和导电性能都将受到影响和威胁。故掌握设备的表面温度场分布以及设备的发热趋势曲线和温升情况，同时结合不同设备的缺陷及故障情况，将有利于及时作出反馈。

2.1 电气设备外部故障

电力设备的外部故障主要是指从设备外部可以直接观测到的故障，可以分为两类:长期暴露在大气中的各种裸露电气接头因接触不良等原因引起的发热故障；由于机械力作用或表面污秽引起绝缘性能降低造成的过热故障，如绝缘子劣化或严重污秽，引起泄漏电流增大而发热。

2.2 电气设备内部故障

电力设备的内部故障主要是指封闭在油绝缘、固体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各种故障。故障出现在电气设备的内部，无法从设备的外部直接检测出来。

3 红外诊断电气设备缺陷及故障的方法

3.1 表面温度判断法

表面温度判断法主要适用于电流过大引起的发热或者由于电磁效应产生的发热设备，检测和诊断比较方便、直观。将所测得的设备表面温度值与DL/T 664—2008《带电设备红外诊断应用规范》 中高压设备相应部件等温度和温升极限的相关规定进行对比，并考虑负荷大小和环境气候条件对检测的影响。

3.2 同类比较判断法

同比较判断法是根据同组三相设备、同相设备之间及同类设备之间对应部位的温差进行比较分析。电流过大引起的发热设备检测时可同时应用相对温差判断法。

对于型号规格相同的电压致热型设备，可根据其对应点温升值的差异来判断设备是否正常。电压致热型设备的缺陷宜采用允许温升或同类允许温差作为判断依据。由于电压致热型设备的致热参数（比如介质损）在出厂时可能与技术条件的规定值有一定的误差，最大参数与最小参数之差取20%，再考虑检测时存在一定的测量误差，故同类设备的温差不应超过允许温升的30%，如果超过此规定，则说明设备有缺陷，而且由于故障发展快、危害性大，故应定为重大缺陷。一般情况下，当同类温差超过允许温升值的30%时，应定为重大缺陷；当三相电压不对称时，应考虑工作电压的影响。

3.3 图像特征判断法

对于电压致热型设备建议采用热谱图分析法，根据同类设备在正常状态和异常状态下的热谱图差异来判断设备是否正常。

3.4 相对温差判断法

电流致热型设备的检测一般采用相对温差判断法，不同的环境温度或者不相同的设备负荷都会对设备温度的检测产生影响，此方法可以避免这些影响。尤其是对于负荷较小的电流致热型设备，应用此方法可减小负荷缺陷的漏判，该方法在亭子口水利枢纽这种电站负荷较轻的情况有重要的现实意义。

红外诊断工作中存在的一个普遍性问题是缺乏一个判断设备缺陷的统一标准。目前，GB763—90《交流高压电器在长期工作时的发热》标准是电器设备进行型式试验的一个技术标准，其规定的温度和温升是在规定的环境条件和额定负荷电流下的允许值，而实际运行电气设备的环境条件差别较大，负荷电流也不太可能都在额定负荷下运行，故要满足规范所要求的条件比较困难。若采用GB763—90《交流高压电器在长期工作时的发热》规定的温度或温升标准对小负荷下运行的设备进行温度判断，具有很大的局限性，有可能会误判，导致一些温度虽然不高，但相间温度有较大差别 （如大于10 K），实际上已存在严重或紧急的缺陷没有及时发现和处理，待高负荷时缺陷进一步发展恶化，不得不临时申请停电处理，给生产运行带来了十分不利的影响。

针对这一问题，提出了相对温差法。所谓相对温差，就是设备基本情况 （包括设备型号规格、安装地点、表面状态及负荷电流有效值或所加电压有效值）相同的两个对应测量点之间的温差与其中较热点温升的比值的百分数。相对温差的计算公式为

式中，τ1为温度较高的测点的温升值；τ2为温度较低的测点的温升值。

根据 《电力设备预防性试验规程》的有关规定，求出各电气设备的相对温差的允许值，见表1。

表1 不同设备的相对温差的判断标准

需要特别说明的是，应对判断设备是否正常考虑细一些，对判断设备缺陷的严重程度考虑粗一些。当设备某一接触点的接触电阻值达到厂家规定值的5倍以上时，说明设备已经严重不正常，此时相对温差大于80%，因此将δt＞80%定为重大缺陷；当接触电阻值达到厂家规定值的20倍时，δt=95%说明设备的接触情况非常坏，随时都可能在瞬时大电流的冲击下引发事故，应视同紧急缺陷来对待。之所以定为视同紧急缺陷来处理，是考虑设备的实际温升并未超过GB763—90《交流高压电器在长期工作时的发热》的规定，允许通过采取一定的技术措施后再停电处理，以避免因紧急停电造成不必要的损失，目前很多单位都这样处理。

3.5 档案分析判断法 （红外台账图谱比较法）

档案分析判断法是在建立健全的设备红外检测技术台账的基础上，将设备的检测数据与红外技术台账记录的数据进行比较判断。通过分析设备在多个时间点的温度变化情况，绘制设备发热曲线图，有助于判断设备是否存在缺陷或故障。

3.6 实时分析判断法

实时分析判断法是使用红外热像仪对设备进行一定时间的连续跟踪检测，记录检测数据随时间、负载等因素的变化情况。

4 结 语

在实际检测中常存在两个误区:一是认识上的误区，往往认为要等到基本满负荷时检测才有意义，才能发现设备缺陷，而低负荷测试没有意义，这是一种片面的、不理解导则的表现；二是行动上的误区，在检测时把重点放在 “测温”、尤其是查找 “高温点”上，忽略了小负荷设备的检测，目前检测仪器都比较先进，温度分辨率也都比较高，对于发现小电流下的 “低温缺陷”和电压致热型设备的缺陷都非常有利。

红外测温技术适用于电气设备的预防性维护和检测，其具有独特的应用优点:远离被检测设备，保证安全；测温不接触设备，保证设备的运行状态不受影响；可以在设备区域进行大面积的扫描巡检，大量节省时间和人力；测温范围宽、精度高等。利用红外成像仪对发电厂电气设备进行检测能够极早的、快速的发现设备缺陷及故障，有效地保证了设备安全可靠运行。

［1］DL/T 664—2008 带电设备红外诊断应用规范［S］.

［2］上海超高压输变电公司.超高压输变电操作技能培训教材［M］.北京:中国电力出版社,2004.