1、电气设备热故障及其红外诊断分析摘要：电气设备故障在运行中往往表现为温度分布异常的热故障现象，本文主要论述了电气设备故障与其运行中所产生的发热温升之间的密切关系，运用红外热像诊断技术在不停电的情况下对电气设备的运行状态进行温度检测，并根据所检测设备的热分布图像和温度数据信息诊断分析电气设备缺陷或故障的问题所在，提高设备维修效益。 关键词：电气设备热故障红外诊断维修 中图分类号： F407.6 文献标识码： A 0 引言 电力设备故障中，很少事先没有征兆就发生故障，一旦设备有一处开始发热，若不予以维修，那它发生故障仅仅是个时间早晚的问题。设备运行中，红外检测往往可找到一些看似无关大局的小问题，允许
2、在正常停机检修过程中分别给予解决，当我们逐个解决了这些小问题后，也就避免了大多数严重问题的发生，改善了电力设备的运行状况。红外诊断技术对于运行中的旧设备，它可以找出失效部件，最大限度地减少其对整个系统造成的损害，使设备的寿命得以延长，灾难性故障可以避免，同时可以确定修理的具体部位，避免了整个系统的关闭；对刚投运的新设备，可为运行、检修人员提供有价值的原始数据资料；对那些已完成修理的设备，它的检测可以确信它们工作的正常，从而进一步提高人员和设备的工作效率。 1 红外热像诊断的工作原理 红外热像是根据物体的红外辐射特性（辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系） ，利用某种特
3、殊的电子装置将物体表面的温度分布转换成人眼可见的图像，并以不同颜色将物体表面温度分布以红外热像图及温度数值形式显示在荧光屏上。通过这种方式对运行中的电气设备进行红外辐射成像测温而达到分析判断电气设备故障与否的技术称之为红外热像诊断技术，而这种测温电子装置称为红外热像仪。 红外热像测温与接触式测温方法相比，具有准确、实时、快速、非接触、使用安全，图像数据便于分析比较等优点。目前，我们在实际生产工作中主要常用的红外热像诊断方法有表面温度判断法、同类比较法、热谱图分析法、档案分析法等。 2 电力设备热故障的红外诊断分析 电力设备故障与发热升温有密不可分的关系，从红外诊断的角度看，电气设备热故障通常分
4、为外部热故障和内部热故障。 2.1 外部热故障的判断 2.1.1 外部热故障的红外诊断基本原理 电力系统运行中，载流导体会因为电流效应产生电阻损耗，而在电能输送的整个回路上存在数量繁多的连接件、接头或触头。在理想情况下，输电回路中的各种连接件、接头或触头接触电阻低于相连导体部分的电阻，连接部位的损耗发热不会高于相邻载流导体的发热。然而一旦某些连接件、接头或触头因连接不良，造成接触电阻增大，该部位就会有更多的电阻损耗和更高的温升，从而造成局部过热，而其发热功率 p= IR，R 为接触电阻。此类通常属外部热故障。 2.1.2 外部热故障的特点 外部热故障的特点是局部温升高，它以局部过热的形态向其周
5、围辐射红外线，易用红外热像仪发现。各种裸露接头、连接件的热故障，其红外热像图显现出以故障点为中心的热场分布。所以，从设备的热图像中可直观地判断是否存在热故障，根据温度分布可准确地确定故障的部位。如不能及时处理，情况恶化快，易形成事故，造成损失。在实际生产中外部故障占故障比例较大。 2.1.3 外部热故障的红外诊断 外部热故障的致热部位是裸露的，可用热像仪直接测温，且测量值与设备实际的温度值差别不大，一般可根据测得的温度值或温升值，按照高压开关设备和控制设备共同技术要求 （GB/T11022-1999）规定的温度和温升极限，以及带电设备红外诊断技术应用导则 （DL/T664-1999）中的相对温
6、差判断法来判断缺陷的严重度。当温度值或温升值接近或稍微超过 GB/T11022-1999 标准的规定值时，如此时设备的负荷还较轻，但在还有可能出现更高的负荷的情况下，应定为“重大”或“紧急”缺陷，同时采取相应的措施。如已接近满负荷，则可以暂时考虑降低负荷，使温度值符合规定，不一定要立即停电，但必须加强监测，在短期内消除缺陷。当温度值已大大超过规定是，必须停电处理。 2.1.4 外部热故障实例分析 （1）刀闸触头发热 徐州电厂在升压站红外巡视中发现某隔离开关刀闸 B 相温度高达 126，在热像图上可见到明显的过热点，随即在低谷停电消缺，经检查发现该刀闸触指弹簧锈蚀严重，已无压力，造成主触头与触指
7、接触不良。更换该刀闸触指弹簧后该缺陷消除，避免了事故的发生。 （2）母线夹开裂至热 台山电厂在巡检时发现某母线 C 相引下线 T 型线夹温度异常，红外热像图显现 C 相与 A、B 相温差相差 12，随即对该线路重点监测，停电检修时发现，该引下线 T 型线夹已出现开裂，处理后恢复运行，经检测运行情况良好，未再发现异常。 2.2 内部热故障的判断 2.2.1 内部热故障的红外诊断基本原理 所谓电气设备的内部热故障，主要是指封闭在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。如绝缘介质老化、受潮后，其介质损耗增大，则发热功率增大，其发热功率 P= UCtg，其中 C 是介质的等
8、效电容。 2.2.2 内部热故障的特点 内部热故障的特点是发热过程一般较长，且为稳定发热，与故障点接触的固体、液体和气体，都将发生热传导、对流和辐射，将内部故障所产生的热量不断地传送至外壳，改变了设备外表面的热场分布。在实际生产中内部故障占故障比例小，由于这类故障出现在电气设备的内部，因此反映的设备外表的温升很小，但往往对设备危害较大，且检测这种故障对检测设备的灵敏度要求较高。 2.2.3 内部热故障的红外诊断 由于内部热故障其致热部位被封闭，小部分热量可能通过导体传递到外部，大部分要通过空气、油、SF6 或绝缘介质，再通过金属箱体或瓷套传到其表面，其测量值与故障点实际温度值差别一般较大。且设
9、备本身结构和致热因素比外部热故障要复杂些，对此类故障的判断分析也显得困难些。应根据 DL/T664-1999 导则中的同类比较法和热普图比较法来判断，不宜按 GB/T11022-1999 标准规定的温度和温升限制或 DL/T664-1999 导则中的相对温差判断法来判断。比如对于 110KV 及以上变压器高压充油套管的发热问题，致热部位有外部接头处、将军帽内部导电杆与螺母的连接处、导电杆与过渡引线的连接处、过渡引线与线圈的连接处等。一般内、外部接头的高温过热都会影响到套管表面温度的变化，但通过热谱图分析是可以确认致热源的，只要确认是内部缺陷，必须尽快停电检查处理。 另外，常见的电气设备内部致热
10、缺陷还有： （1）铁芯和可导磁部位因绝缘不良、设计结构不当而造成短路和漏磁，会形成局部涡流过热； （2）少油断路器触头接触不良引起的过热； （3）充油或 SF6 的电流互感器、套管接头的异常发热，特别是高温过热，导致密封的破坏，出现漏油、漏气，甚致进水受潮，危及主绝缘的安全，又或者会导致电流互感器和套管等的内部压力增大，严重时会出现爆炸现象； （4）各种高压设备绝缘层介质损耗增大、受潮、老化引起的温升和可能出现的热击穿和爆炸隐患； （5）高压设备内部缺油产生的热效应，造成绝缘强度降低，而引起局部放电，导致发热，或者在缺油的油面处形成明显冷热分界线现象。 2.2.4 内部热故障实例分析 （1）变
11、压器套管缺油 徐州电厂在日常红外巡视中发现#1 变压器 A 相套管与 B、C、相套管温度相差大，随后经红外热图像分析，发现 A 相热图像有明显冷热分界线，判断 A 相套管缺油。经临检停电处理发现 A 相套管内气体含量高，气体在 A 相套管顶部积聚造成套管缺油。原因为小修时进油排气不规范不彻底，经排气处理后恢复运行。运行后红外检测温度正常，运行人员对该变压器跟踪半年，未再发现异常。 （2）变压器漏磁致热 靖远二厂对#6 变压器本体进行了红外热像监测发现高压侧 A、B 和B、C 相间油箱有明显热像不均匀处，主要在上、下油箱连接螺栓处，变压器本体底部大约有 15 个大盖螺丝由于漏磁造成不同程度的发热
12、，最高温度达到 74.5。对主变低压侧监测发现在低压 a、c 相下方，上、下油箱连接螺栓有明显热像异常，最高温度为 77.4。低压侧 a 相出线下方油箱有明显热像不均匀处，为一局部过热源。最后根据红外热像和油色谱分析，过热故障可能已涉及到固体绝缘，螺栓热像异常为明显漏磁造成，其它部位热像异常可能为磁屏蔽故障或设计原因造成。 3 结束语 目前电力系统都在由计划维修向状态维修过渡，掌握电气设备在正常运行状态下的发热规律及其表面温度场的分布和温升状况，以此为根据，结合设备结构及传导热能的途径，进一步分析各种设备缺陷及故障状态的热场及温升，再参考其他检测结果，就能较好地对设备有无外部或内部故障进行诊断，比传统的预防性试验更能有效的检测出与运行电压、负荷电流有关的电气设备缺陷，为电气设备状态维修提供有利的科学依据。
