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期刊论文
浅析红外热像仪在电力系统中的应用
2023-10-17

  电力系统的安全运行关系到整个国民经济的发展和人民生活的稳定,同时,电力技术也不断发展。电网运行电压的不断增高,在电力系统中高电压,大负荷电流等状态运行的电气设备也在不断增多,由于绝大多数的电气设备采用封闭式机构,散热效果差,热积累大,并长期处于高电压、大电流和满负荷运行,其结果造成热量集结加剧,温升直接危害电器设备的绝缘。特别是当电力系统发生短路故障时,强大的电流使电气设备内部温升加剧,电气绝缘遭到严重破坏,并使电器设备寿命缩短,甚至造成电气设备被烧毁的严重事故,因此必须对电器设备进行温度监控。

  以前对电器设备温度检测主要采用两种方法,即“测直阻法”和“贴温度标志法”。这两种方法都要与被测设备直接良好接触才能进行测量。而对于带电的、高速转动的和处在高空部位的设备,除有预埋测温原件外,都必须事先停电、停机或登高爬上设备安装测温原件才成进行测量,即浪费时间又不经济,测温范围也狭窄,结果不准确,操作不方便也不安全。随着电压等级的升高,设备绝缘距离的加大,在更高电压,更远距离的设备上,就更难以进行测量。

  红外测温技术是一种非接触、被动式的设备诊断技术,对于带电运行的高、低压电气设备来说,在不停电的状态下,能够进行远距离的实时在线诊断,同时由于红外测温是被动接收物体发出的红外线而不是对设外加红外源,从而不会对运行中的设备造成其它损害和负面影响,即无损检测。

  变电站内的开关、刀闸、电压互感器、电流互感器、避雷器、套管、和耦合电容器等各种设备,因为材质、工艺、安装、受潮、放电、老化等原因,存在这各种故障隐患,因此设备的状态检修日益为人们所重视,红外测温技术以不可比拟的非接触式优点,在电力系统安全生产中发挥越来越重要的作用,给状态检修和设备故障诊断提供了重要的依据。

  一、红外测温仪的应用

  (一)变压器

  可发现的隐患有接头松动,套管过热,接触不良,过载,三相负载不平衡。

  (二)电气装置

  可发现接头松动或接触不良,不平衡负载,过载,过热等隐患。这些隐患可能造成的潜在影响是产生电弧、短路、烧毁、起火。

  (三)电动机

  可以发现的隐患是轴承温度过高,不平衡负载,绕组短路或开路。

  (四)各相之间的测量

  可以发现设备的各相之间的温度是否相同,来判断是否过热。

  三、红外测温仪使用方法

  (一)测温仪调试

  1、发射率选取0.95;

  2、环境温度选取。户外:金属构架;户内:盘柜不发热的金属背板;

  (二)现场应对电气设备的各连接部位和接触部位进行测量,对以下部位重点测量:

  (1)负荷较大设备的连接部位和接触部位;

  (2)主变一、二次侧套管;

  (3)6kV馈出线穿墙套管;

  (4)60kV设备场地导线与T型线夹连接处;

  (5) 电容器电抗器电源侧电缆头处;

  (6)电缆出线的电缆头处。

  (三)注意事项

  1、不应在有雷、雨、雾、雪及风速超过0.5m/s的环境下进行检测;

  2、测试人员与被测物体之间距离不要大于5M;

  3、在测量时不要把测温仪镜头正对太阳等具有热辐射能量的非被测物;

  4、测量结束后,认真记录环境温度、负荷情况、测量结果等。

  四、检测结果的判别方法

  (一)热像特征法

  所有电气设备在正常情况下都有相应的正常稳定温升或表面热分布,其红外热像就是该设备在正常运行状态下的特征红外图谱。对于同型号和运行条件相同的设备,在元件任何内外部故障时特征红外图谱基本相同。当电气设备出现内部或外部故障时,则故障经内部构件和介质进行热传递,或通过其他形式进行热交换,改变设备表面故障部位的稳定温升或温度分布。因此,通过辨认现场摄制的设备红外热像图,只要发现热像特征存在异常变化,均可判定设备内部已出现故障,并根据热场分布变化的特点及温升值的大小,还可以对内部故障的属性、故障位置及严重程度作出准确的诊断。

  ( 二)相对温差判别法

  相对温差就是两个对应测量点之间的温差与其中较热点温升之比的百分数。

  (三)相间互比判别法

  因为高压电力设备绝大部分都是三相运行的,而且在正常情况下,作用于每一相的相电压或通过三相电路与导线的电流大致相同。因此,同组设备三相之间具有可比性,同类设备在同一时间、同一地点和同一电源作用下也相互可比。基于这种原因,诊断时可以对三相之间相同部位的温升进行横向比较。

  (四)同相比较判别法

  电气设备一相中流过的负荷电流相同,如果同一相不同部位之间出现明显温差,则往往表明温升较高处存在异常或缺陷。

  (五)历史数据比较判别法

  如果在新电气设备刚刚投人运行时,就将其正常运行状态下各部位温度分布的热像数据储存下来,那么在今后对电气设备进行故障检测与诊断时,就可以把原来已经存档的设备热像数据调出,作为比较的依据,并根据新检测到的热像图数据与已经存档的同一设备以往热像图数据之间的差异,对两者之间在何处出现变化和变化程度做出准确的诊断。

  目前,红外测温技术已经发展成为一门深受广泛重视的高新技术,它以人眼看不到的红外辐射作为传递信息的载体,可以把人们的视野带入一个不可见的世界。现代红外技术除了用于非接触式温度测量以外,在许多其他领域也都得到了重要的应用,甚至衍生出了一些崭新的高新技术学科。就电力工业系统而言,利用红外检测的远距离、不接触、准确、快速等特点,对带电设备的运行状况进行诊断,发现缺陷并进行预知性检修,克服了定期计划检修的盲目性,具有很高的安全性和经济价值。

  红外成像技术对我公司所属各变电所电气设备的检测应用虽已十分广泛,但在以下几个方面需探索:

  (1) 理论上讲变压器和电抗器铁芯漏磁将产生发热,应有明显的局部发热,而我公司部分干式电抗器内部长期过热,经多次红外成像检测,虽整体温度较高,但无明显的局部发热图谱。因此,对检测变压器和电抗器内部磁滞涡流发热方面仍在积极探索中。

  (2) 对于电压、电流混合致热型电气设备(如套管)的故障性质还不能准确的定性,加之目前还不能完全排除各种干扰因素对红外成像检测结果的影响,所以在这方面仍需继续探索。

  由于电力设备的多样性,经过实践,对断路器和隔离开关的接头发热等应进行重点检查,虽然红外成像测温能对电气设备进行实时带电检测,可以发现常规试验手段所不能发现的设备故障。但就目前红外成像检测技术发展的水平来看,还不能对所有设备的内部故障做出准确判断。因此对于内部故障的检测应将常规试验手段和红外成像检测手段有机结合,才能互补。

  红外成像检测技术的应用,对提高电气设备的可靠性与有效性,提高运行经济效益,降低维修成本都有很重要的意义,是目前在预知检修领域中一种很好的手段。

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