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[技术]电气设备红外诊断技术及应用探讨

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文章出处:河北兴泰发电有限责任公司 [2007/4/12 ]
责任编辑:上仪营销中心技术部
作者:刘英肖

近年来,电气设备的在线监测越来越受到重视,这是因为随着机组容量的增大、系统电压的增高和全封闭组合电器(GIS)等新型装备的涌现,比以往任何时候更需要加强对设备的检测和保养,把事故消灭在萌芽状态。

1 、红外诊断技术的特点
   
红外成像检测技术可以对正在运行的设备进行非接触检测,拍摄其温度场的分布、测量任何部位的温度值,据此对各种外部及内部故障进行诊断,具有实时、遥测、直观和定量测温等优点,用来检测发电厂、变电所和输电线路的运转设备和带电设备非常方便、有效。
   
热像仪检测在线电气设备的方法是红外温度记录法。红外温度记录法是工业上用来无损探测,检测设备性能和掌握其运行状态的一项新技术。与传统的测温方式(如热电偶、不同熔点的蜡片等放置在被测物表面或体内)相比,热像仪可在一定距离内实时、定量、在线检测发热点的温度,通过扫描,还可以绘出设备在运行中的温度梯度热像图,而且灵敏度高,不受电磁场干扰,便于现场使用。它可以在-20℃~2000的宽量程内以0.05的高分辨率检测电气设备的热致故障,揭示出如导线接头或线夹发热,以及电气设备中的局部过热点等等。

2 、电气设备的发热来源
   
设备在工作的时候,由于电流、电压的作用,将产生以下3种主要来源的发热。

2.1 电阻损耗发热
   
焦耳定律,当电流通过电阻时将产生热能,这是电流效应引起的发热,大量表现在载流电气设备中。

2.2 介质损耗发热
   
绝缘介质由于交变电场的作用,使介质极化方向不断改变而消耗电能并引起发热。由此产生的发热功率为:

PU2ωCtgδ

 

式中    U——施加的电压;
       ω——交变电压角频率;
       C——介质的等值电容;
         tgδ——介质损耗角正切值。
         这种发热为电压效应引起的发热。

2.3 铁损致热

当在励磁回路上施加工作电压时,由于铁芯的磁滞、涡流而产生电能损耗并引起发热。

3 电气设备的热故障

电气设备的故障按红外诊断可分为外部故障和内部故障。

3.1 电气设备的外部故障

3.1.1 接触不良

长期暴露在大气中的各种电气裸接头因接触不良常常引起过热故障,接触不良的主要原因为:

(1) 设备设计不合理;

(2) 安装施工工艺不严格,不符合工艺要求,如连接件的接触表面未除净氧化层及其污垢、焊接工艺差、紧固螺母不到位、未加弹簧垫、未拧紧、连接件内导体不等径等;

(3) 导体在风力舞动下,或外界引起的振动等机械力的作用下,以及线路周期性过载及环境温度的周期性变化,都会使部件周期热胀冷缩,引起连接松驰;

(4) 长期裸露在大气环境中工作,因受雨、雪、雾、有害气体及酸、碱、盐等腐蚀性尘埃的污染和侵蚀,造成接头表面材料氧化;

(5) 长期运行引起弹簧老化等。

3.1.2 绝缘强度降低

由于表面污秽或机械力作用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。

3.2 电气设备的内部故障

这是指封闭在固体绝缘、油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故障。根据各种电气设备的内部结构和运行状态,依据传热学理论,分析金属导电回路、绝缘油和气体等引起的传导、对流,从电气设备外部显现的温度分布热像图,可以判断出以下各种内部故障:

(1) 内部电气连接或接触不良引起的故障;

(2) 内部绝缘材料受潮、劣化引起的介质损耗增大故障;

(3) 绝缘老化、开裂或脱落故障;

(4) 电压分布不均或泄漏电流过大性故障;

(5) 磁路的涡流损耗增大性故障;

(6) 浸油设备的缺油故障。

4 故障分析及诊断

4.1 8号主变B相高压套管过热故障

河北兴泰发电有限责任公司8号主变压器型号为SFPT240000/220199113投入运行。1997615,使用HCW-Ⅱ型红外测温仪检测到B220 kV套管将军帽顶部温度为55105跟踪检测时,发现该点温度猛增到130,其时环境温度为17,其温度、温升均超过GB76390《交流高压电器在长期工作时的发热》的规定,经分析认为,该接头接触不良,接触电阻增大,造成该部位严重发热。1999107紧急停运后,对B相套管接头进行解体检查,发现将军帽接头的螺纹连接处、接头和引线的焊接部位及导电杆严重过热变色。经处理后,用HCW-Ⅱ型红外测温仪检测该套管接头温度正常。

4.2 216开关过热故障

河北兴泰发电有限责任公司6号机升压站220 kV开关(编号216)型号为SW6-220IW,西安高压开关厂出品,198821投运。1999331,使用TVS-100P型红外热像仪对216开关进行红外测温时,发现B相东柱东断口中间触头温度为23.86,根据热图像及开关结构判断该开关内部接触不良,监视运行。

199997,再次对216开关进行红外测温时,发现B相东柱东断口中间触头温度上升为50.89,判断该开关存在严重过热故障,初步判定开关接触不良的部位为东断口中间触头与中间触头座。19999136号机组小修,测量216开关东柱东断口的接触电阻为8.09mΩ,而正常时应小于90μΩ,解体后,发现中间触头座接触面被烧蚀,断口其他部位未发现过热痕迹。经过处理后,东断口的接触电阻降为53 μΩ。1999929投入运行,B相东柱东断口中间触头温度正常。

4.3 6kV电缆的过热故障

4.3.1 91号循环水泵电机电缆头过热

19975月,河北兴泰发电有限责任公司在使用PT-3LD型红外测温仪对电气设备进行红外测温时,发现91号循环水泵电机电缆头严重过热,温度高达121,该电机紧急停运后,对电缆头重新制作并灌银焊,避免了电机烧毁和引发6kV母线故障的重大事故。

4.3.2 6号水源变压器电缆中间接头过热

1998815,河北兴泰发电有限责任公司在使用SAT-9501型红外热像仪对电缆沟内电力电缆进行红外测温时,发现6号水源变压器电缆中间接头严重过热,温度高达69199899号机组大修中更换。

5 结论

    诊断技术在电力系统广泛应用后,过去主要靠定期停运检修的制度必将逐步由预报警式的检修制度所代替,如果电气设备的温度一旦出现异常,应根据测出的电气设备的温度和热像图谱,配合运行、检修情况以及其他电气试验进行综合分析,判断缺陷的性质和部位,以便从安全和经济性考虑,及时排除隐患,这样既可防止事故发生,又不盲目停电检修,从而提高了电气设备的可靠性和利用率。
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