红外测温诊断技术在苏州500kV变电运行的应用

1 现状

变电站设备巡视是运行人员每天都必须进行的一项重要工作, 一般通过目测, 耳听和鼻嗅等来了解设备的运行情况, 其中又以目测为主, 但一般的目测方法有着很大的局限性, 对一些有发展性的缺陷, 特别是设备内部缺陷, 要到设备发热一定程度后才能被发现, 这样不但给设备缺陷的及时发现和处理造成延误, 而且可能会对运行设备造成不同程度的损坏。

苏州供电公司截止2009年底, 共有运行中的500k V变电站6座, 即将投运的2座, 在即将到来的2010年, 苏州地区500k V变电站数目将达到8座, 这在全国地级市当中都是屈指可数的。然而面对变电站规模的扩大, 自2006年500k V变电运行实行少人值守集中监控以来, 我们在保证安全运行的前提下, 却实现了减员增效, 这与我们在工作中大量采用新技术、新设备是分不开的, 而采用红外检测技术就是其中重要的一项, 它在很大程度上提高运行人员发现缺陷的能力, 特别是在政治保电、重大节日、迎峰度夏期间对安全可靠供电起到积极的作用。

2 电力设备的发热缺陷

在电力设备的各类缺陷中, 设备发热缺陷是很严重的缺陷之一, 《变电设备缺陷管理标准》将很多发热缺陷归属紧急缺陷 (Ⅰ类缺陷) 和重大缺陷 (Ⅱ类缺陷) 。

5.2.1条中将以下情况明确列为紧急缺陷。设备温度上升很快, 坚持运行有危险者;设备接头或线夹过热, 达到90℃及以上者;设备的绝缘、温升及强度等技术数据超过极限值。

5.2.2条中将以下情况明确列为重大缺陷。设备内部发热, 外壳温升大于20℃ (开关、PT、CT、耦合电容器、电力电容器和套管) 。电缆外皮发热, 温度超过45℃者;导线、地线断股、散股和电缆外绝缘受热变色、变形或有异味, 经确认, 在短期内不再发展者;裸导体设备或者设备的接头及连接部分发热, 温度的最高值不超过80℃者。

发热缺陷占整个电力设备缺陷的比例非常高, 据统计, 发热缺陷约占Ⅰ类缺陷的60%, 成为影响安全运行的重要因素, 及时发现设备发热缺陷, 将发热缺陷消除在初始状态, 是保证设备的安全运行、降低检修成本、减少事故发生, 避免被迫停电的关键。

根据发热的影响和危害程度及可能发展的趋势, 分为一般缺陷、重大缺陷和紧急缺陷 (详见《变电设备缺陷管理标准》) , 并采取不同的措施:一般热缺陷, 引起注意, 寻机处理;重大热缺陷, 加强监视, 安排处理;紧急热缺陷, 立即汇报, 停电处理。

3 发热缺陷的红外检测与诊断

3.1 红外测温的要点

天气以阴天、无雨、雾, 或无阳光晴天为宜, 环境温度不宜低于5℃, 选择黎明、傍晚、夜间或阴天的白天, 最好无风 (或<5m/s) 以减少对流的影响;导流故障检测, 最好满负荷运行, 至少负荷率不低于30%, 绝缘故障检测, 应在额定电压下运行, 负荷电流越小越好, 通电时间一般不少于3小时;设备表面发射率稳定, 对可见光看起来较脏的表面, 具有较大的红外发射率;在保证安全前提下尽量近些, 并应避开灯光直射, 最好闭灯检测, 并尽量移开视线中封闭遮挡物如玻璃窗、保护屏或电缆盖板, 被检测设备周围应具有均衡的背景辐射, 测温时间要避开临近的热辐射源 (例如场地检修照明灯) 的干扰。

3.2 现场操作方法

对于一般检测, 若仪器有大气条件的修正模式, 使用前可将大气温度、相对湿度。测量距离等补偿参数输入, 进行修正, 并选择适当的测温范围以提高测温精度。使用时首先需要在不打开测温镜头盖前开机预热, 因为红外热像仪在开机后, 需进行内部基准温度校准。图像稳定后即可开始测温, 一般应先用红外测温仪对所有应测试部位进行全面扫描, 若发现有热像异常部位, 则对异常部位和重点检测设备进行精确测温。

不同辐射率的设定, 实际上是通过调节信号放大增益来实现的。举例来说, A、B两物体温度一样, 只是发射率分别为0.9和0.8, 在测量A、B物体时, 分别将测温仪的辐射率调到0.9和0.8, 便会得到同样的温度显示。如果将设定值都放到0.9, 则测得的B物体温度低于实际温度。反之, 都设到0.8, 则测得的A物体温度高于实际温度。这就是说, 对于红外辐射测温, 只要事先知道被测物体的辐射率, 并在测温仪上加以正确设定便可得到正确的测量结果。

关于测量距离, 我们的经验是在保证现场电气设备安全距离的条件下, 红外测温仪应尽量靠近被测设备, 使被测设备充满整个视场, 以提高红外测温仪对被检测设备表面细节的分辨能力及测温精度, 我们使用的设备都是有可变焦镜头的, 现场检测时在测完3 5 k V设备后接着再测220k V、500k V设备, 应进行手动变焦以提高测温精度, 精确测量跟踪应事先设定几个不同的角度, 确定可进行检测的最佳位置, 以后的复测仍在该位置, 有可比性, 提高作业效率。

测得图像后应从监控系统记录下被检测设备的实际负荷电流、电压、温度及环境参照体系的温度, 形成一份测温报告提交给相关专职和生产领导研究作出决定。

3.3 红外诊断方法

利用表面温度判断法、同类比较法、相对温差判别法、热谱图分析法对接头接触不良等电流致热型故障、电容器、SF6断路器、隔离开关等其他导流设备的内部发热故障以及电压致热型故障进行有效诊断。根据我们的测试结果, 总结归纳各种设备数据判断如下: (1) 载流导体的接线端子:同一回路的设备之间, 温度相差一倍以上, 或差值高于30℃以上者。且稍有变化, 即应引起重视。 (2) 分裂导线:同一相回路中, 各导线间温度相差高于3℃以上者。 (3) 电容器 (电容量在5000皮法以上) :同一回路的相同设备之间, 温差高于1℃以上, 温升高于10℃以上者。 (4) 电容型套管、断路器及互感器 (电容量在2000皮法以下) :同一回路的相同设备之间, 温度相差高于1℃以上者。

4 检测效果展示

(1) 电容器熔丝接头发热是常见的变电站设备发热缺陷, 如不能及时发现, 会造成熔丝熔断, 电容器不平衡电流增大而跳开断路器, 对夏季运行负荷较高时的电网安全稳定造成很大的影响。2008年7月17日18:30, 当时天气多云, 测试距离为3m, 环境温度25℃, 辐射系数0.95;500k V吴江变#2主变#2电容器组88#电容器熔丝上接头发热如:图1, 最高温度70℃, 而同组正常电容器温度48℃。发现后值班员立刻汇报监控中心, 并填报缺陷, 在连续在设备停役检修后发现为螺丝松动造成发热, 拧紧后缺陷消除, 保证了迎峰度夏期间设备的安全可靠运行。

(2) 2008年10月13日14:30值班员在巡视中发现车坊变石坊线50112刀闸和石坊线/#2主变50121刀闸之间石坊5278线的出线引线线夹发热, 发热点最高温度75℃, 而相邻设备为27℃。当时负荷电流为750A, 环境温度20度。发热较为严重, 由于该刀闸已运行多年, 初步判断由于线夹压接面氧化或松动造成, 加上该线路长期负荷较大, 流经接头负荷较大, 接头温度一直较高, 导致压接面氧化, 接触电阻增大从而引起发热。针对以上分析, 结合设备停电, 采取了更换线夹后, 持续观测, 未发现异常发热。由于及早发现, 处理及时, 避免了事故扩大。如图2。

(3) 绝缘污秽容易造成绝缘耐压下降, 闪络电压变得很低, 当在气候潮湿的情况下, 容易发生闪络, 影响设备安全运行。由于对可见光看起来较脏的表面, 具有较大的红外辐射率, 所以会显现出较高的亮度, 所以红外测温能很清楚的看到平时肉眼不容易发现的脏污。图3为220k V刀闸支持瓷瓶污秽的红外图像。

(4) 端子箱、操作电源箱、汇控箱内的端子和继电器由于接头松动, 老化等原因发

热可能会引起回路短路、接地, 甚至刀闸误动, 严重的可能会起火, 而且由于变电站内端子箱、汇控箱、户外动力箱数量比较多, 日常巡视端子排、继电器发热采用传统方法很难察觉, 采用红外测温能很方便的及早发现并处理, 图4为户外端子箱内继电器发热红外图。

5 红外测温技术展望

红外测温技术在苏州500k V变电站已经得到了推广普及, 并收到了很好的效果。我们已经建立了完整的一次设备红外测温数据库, 并按照主变、开关、刀闸、流变、压变、电容器、电抗器、交直流母排、电缆出线进行归类, 每年都进行两次红外建库, 为每个设备建立红外档案, 并且各个变电站都有专人负责, 形成了一整套的制度, 为设备持续健康稳定运行打下了扎实了基础。

在今后, 随着少人、无人变电站的进一步推广, 红外测温技术将会与现在的视频监控技术相结合, 形成更为先进的在线红外监控技术, 即在普通的远程视频监控系统中加入高精度的数字云台和红外测温仪, 组成了视频、温度远程自动检测系统, 每天可以自动定时巡视测温, 对检测到的异常会通过监控系统提示给运行人员, 并留下记录, 既能保证测量及时性, 又能节省人力物力, 势必将进一步推动变电运行维护技术的智能化、集约化发展。

摘要：红外测温技术是利用红外探测技术获取设备的红外辐射状态的热信息, 然后转换成温度进行显示的技术, 它以温度高低来判断其工作状态的正常与否。红外测温技术已经在苏州500kV变电运行维护中得到广泛应用, 并收到了很好的实际效果, 为准确发现电气设备运行中的异常和缺陷, 使部分事故检修转为预见性检修, 为故障隐患的及早发现并及时处理提供了先进的手段。

关键词：红外诊断,设备发热,电气设备