基于红外测温的电力设备故障分析

2016-03-13山东科技大学电气与自动化工程学院胡世杰孔凡超国家电网济南市供电公司张灿华

电子世界 2016年15期

山东科技大学电气与自动化工程学院　胡世杰　孔凡超国家电网济南市供电公司　张灿华

基于红外测温的电力设备故障分析

山东科技大学电气与自动化工程学院胡世杰孔凡超
国家电网济南市供电公司张灿华

介绍了红外检测技术的基本原理以及在变电设备缺陷分析中的应用。以隔离开关、避雷器为例分析了典型的设备发热故障的原因，总结了变电运维中得出的关于设备发热的实践经验，为更好地保障设备运行提出了合理化建议，以求得从根本上减少设备的发热缺陷，对今后的变电运维工作有一定的参考价值，对于电网的平稳运行有着重要意义。

红外；变电站；电气设备；带电检测；设备发热

1　什么是红外诊断技术

电力设备在运行时通常会伴随着升温发热，而发热的程度会直接反映出设备的运行状态，因此对电力设备的温度检测是状态评估中必不可少的一项工作。红外诊断技术的基本原理是，在设备正常运行时，在远距离、不停电、不接触、不取样和不解体的情况下，通过红外探测设备，获取设备内外部的的热量分布状况，然后通过适当的判据对热量分布状况进行分析，从而确定设备故障的位置、严重程度等信息。当前，对变电设备发热缺陷的发现以红外检测和带电测试（超高频和超声局放测试）为主，以传统的外观检查、夜间巡视、参考冰雪融化情况等方式为辅，最大程度的保障了电网的安全运行，也减少了电网运行维护的成本。

2　济南供电公司的红外诊断工作

济南电网是山东电网的重要枢纽骨干。截至2015年10月，济南市供电公司管辖有500千伏变电站六座，220千伏变电站28座，110千伏变电站83座，35千伏及以上变电站313座，变电容量2500.4万千伏安。对变电设备的运行维护是保障济南电网正常运行的极为重要的一环。

自济南供电公司开展红外测温工作以来，变电运维人员中多次检测出了电力设备的安全隐患，尤其发现了许多常规方法无法检测的故障，避免了电网重大事故的发生，保障了电网的正常运行。公司始终坚持把正常运行变电设备的检测和高温高负荷等情况下的特殊巡测相结合，一般330kV及以上变电站的红外检测每两周进行一次，220kV变电站每月一次，110kV及以下变电站每季度一次，对于重载线路、老旧设备会适当增加检测次数。在出现恶劣天气、高峰负荷和有重要保电任务时，也会相应进行特殊巡视。新投运的设备、经过大修或改建的设备会在投运后的一个月内进行检测，以确保电力设备安全隐患的提早发现。此外，部分变电站还配置了智能机器人巡检系统，在保障检测质量的同时极大地减轻了班组人员的巡视负担。

3　现场发热缺陷分析

3.1避雷器

避雷器是用来限制雷击过电压的重要电气设备，在发生雷击时，它通过利用氧化锌良好的非线性伏安特性，使得电阻急剧下降，泄放过电压的能量，以达到保护的效果。2015年11月27日某供电公司对全站220KV、110KV设备进行红外测温时，发现除某220KV线路B相避雷器外，其它设备均无异常。环境温度为-5度，光团位置温度为9度，邻相相同位置温度为5度，根据《带电设备红外诊断应用规范》DL/T664-2008的规定，（10-60kV）氧化锌避雷器的温差为0.5-1K，在线检测仪指示正常，2016.1.27再次对相关设备进行红外测试和带电测试，结合前次发现的异常情况进行重点测试。环境温度为-4度，较热的部位温度为8.8度，邻相相同部位温度为6.9度，从B相上节局部和下节整体的温度都比A，C两相的对应部位的温差1-2K左右。依据DL/T664-2008的规定，结合两次有效的红外测温的结果分析，B相避雷器的温差明显高于其余两相相同位置，且与其它两相的温差大于1K，判定属于异常状态。

对该避雷器进行阻性带电测试，测试结果与红外检测结果一致，同时发现A相在线检测仪指针卡在指示位置上。B相避雷器红外热图较邻相对应位置温差大于1K；属于异常。B相避雷器全电流有所增长，约为正常相1.5倍；阻性电流显著增长，约为正常相的4.7倍，属于严重缺陷。

2016.1.28对原B相避雷器进行检查试验：（1）外观检查：发现两节上部螺栓孔处有积水，金属端盖大面积锈蚀；（2）测量绝缘电阻试验：发现上节数值不稳定，5秒-60秒其间，数值从38G-75G之间交错上升；下节绝缘电阻5秒内达到200G（满量程）；（3）直流U1mA参考电压和75%U1mA参考电压下的泄露电流试验：上节直流U1mA参考电压仅为38.5kV。下节直流U1mA参考电压为157.4kV-157.3kV-157.2kV，呈下趋势；75%U1mA参考电压下的泄露电流为17-18-19-20uA，呈上升趋势，均证明了设备已经严重受潮劣化。避雷器处于运行状态时，其泄漏电流的阻性分量远远小于容性分量，通常只占总全电流的10%-20%，在设备出现缺陷时，阻性电流的增加是引起设备发热的主要原因，如果处理不及时甚至会导致避雷器爆炸。该设备于2008年1月投运，距今有8年时间，试验表明，该设备长期运行导致了紧固部件受潮生锈，密封性下降，空气中的水分大量进入到避雷器内部空腔，内部受潮绝缘下降，有功损失分量增加，阻性电流和全电流增大，最终导致避雷器发热。在今后的变电运维工作中，要加大对避雷器外观的检查，特别是螺丝、垫片等密封部分，雷雨比较多的地区和运行时间较长的设备更要格外注意，以保证避雷器的安全运行。

3.2隔离开关

隔离开关用于电力设备的投入与退出，使用率极高，因而故障率也比其他电力设备更高，是变电运维工作中的重点监测对象。隔离开关可以看作是两个并联支路，接触电阻大的支路，通过的电流较小，发热轻；接触电阻小的支路，通过的电流较大，发热严重。两个接触点都发热，说明两个接触点均接触不良；一个发热、一个不发热，则只能说明不发热的点接触情况比发热点接触情况更糟糕。

在隔离开关发热缺陷的红外图像中，热量通常以刀口压接弹簧为中心向四周散布。此时1号主变中性点刀闸处于合闸位置，中性点直接接地。检修人员使用变电站接地线打并联接地线，测量并联接地线电流5.0A，原回路接地电流1.1A，接地电流合计6.1A。220kV系统为大接地电流系统，中性点运行中只流过很小的不平衡

电流。当系统发生单相接地故障时，中性点流过单相接地短路电流，其数值可达正常运行时中性点不平衡电流的上千倍，达到上万安培。短路电流流过接触不良中性点接地刀闸，将严重烧损刀闸。1号变以外220kV设备单接地也可能导致1号主变中性点接地刀闸损坏诱发的设备故障。此类过热类缺陷不能简单套用标准中设备连接点发热的缺陷判据，在缺陷认定时应考虑其实际运行电流与单相接地故障短路电流的巨大差异、系统发生单接地时短路电流对设备的损毁可能性、诱发其他设备故障的可能性等因素。