红外成像技术在变电站电流致热型设备故障检测中的的应用.docx

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1、红外成像技术在变电站电流致热型设备故障检测中的的应用摘要：介绍红外成像诊断技术的原理，电流致热型设备的故障特点以及故 障的判断方法、测温注意事项，并通过红外测温发现#2并联电抗器中性点管 形母线连接处发热和500kV第五串联络开关IM侧50521刀闸A相动静触头 连接处发热的实例，分析红外测温诊断技术在变电站电流致热型设备故障检测 方面所发挥的作用，并提出技术改进展望。关键词：红外测温；电流致热型设备；故障检测目录1.序言12 .红外成像诊断技术的原理21. 1.红外测温的原理22. 2.红外热成像仪原理23 .无线测温系统结构分析33. 1.概述34. 2.温度传感器35. 3.无线温度检测

2、器33 . 4.实时温度检测软件系统44 .红外热成像仪的优势45 .电流致热型设备故障特点46 .相对温差法判断电流致热型设备缺陷57 .检测实例51. 1. 35kV并联电抗器中性点管母连接圆形接头环流发热57. 2.刀闸动静触头连接处发热78 .技术改进展望8参考文献：81 .序百红外测温诊断技术是一项检缺功能强大的带电检测技术，能够准确监测变 电设备运行状态因故隙引起的异常红外辐射热量，来实现获取设备运行工况的 数据、图片等信息，利于变电站运行人员及时掌握设备的运行状态，发现设备 缺陷，正确处理消除设备异常隐患，确保电网设备安全稳定运行。作为电力系统的关键环节，变电站的安全运行尤为重要

3、。变电站内的电力 设备因异常热效应而引发的多种故障和异常现象是影响设备安全运行的重要原 因，因此，及时、准确地判断电力设备的运行温度是保除电力设备可靠运行的 重要条件。在变电站应用红外热成像仪可以及时发现电力设备的热异常缺陷， 特别是内部缺陷，使设备故障得到及时的消除，从而避免电力系统事故的发 生，应用红外热成像仪对运行设备进行连续跟踪，配合分析软件，可以有效、 精确分析对象的热变化和缺陷发展程度，为分析变电站设借运行情况提供准确 依据。2 .红外成像诊断技术的原理2.1. 红外测温的原理变电一次设备在运行工作状况下，有小部分电能损耗转化为热能，使一次 设备温度变高。电力设备许多故障往往以设备

4、部件的温度升高表现出来，运用 红外测温检测变电站一次设备运行中辐射出红外线热能，再经过信号系统处理 转化，就可以诊断变电站设备表面的温度状况及其运行工况信息。分析处理红 外检测等到的数据、图片等信息，就能够对设备中潜伏的故障或隐患缺陷的位 置和严重程度作出正确的判断，从而让部分事故检修转为预期检修，为及早发 现故障隐患，并及时处理提供隐患缺陷了先进、可靠、安全的科学技术措施。红外线是一种电磁波。任何温度高于绝对零度(-273.15C)的物体，都会不 断地发射红外辐射。物体的红外辐射特性与它的表面温度有着十分密切的关 系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面 温度。2

5、. 2.红外热成像仪原理红外热像仪器是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统，接受被 测目标的红外辐射能量分布图形，反映到红外探测器的光敏元件上。探测器将 红外辐射能量转换成电信号，经放大处理、转换成标准视频信号，通过电视屏 或监视器显示红外热像图。这种热像图与物体表面的热分布场相对应，实质上 是被测目标物体各部分红外辐射的热像分布图。3.无线测温系统结构分析3. 1.概述无线测温系统由两部分组成：1）一部分是实时监测温度的硬件结构，即温度传感器；2）另一部分是传输并显示检测结果的结构。本研究将其集成在温度检测器中。温度传感器一般位于高压开关柜、电缆接 头、保险丝等接口处，为保证测量精度，

6、传感器与被测点一般处于同一电位， 然后通过无线传输技术将所得数据传输并显示到控制分析器件中。为保证该测 温系统的用电安全，高压工作部分与低压工作部分应实现电气隔离，以免发生 漏电等事故。温度接收装置一般安装在工作器件的外表面，并设置有多个通 道，以实现对多个位置的实时监测和数据处理，之后将接收器收到的数据通过 串口或者并口数据线传输到计算机中，由事先编辑好的程序进行分析和处理。3. 2.温度传感器温度传感器的主要功能是将温度信号转变为电信号，常用的有Pt-IOO热 电阻温度传感器，测量精度为0.1。无线温度传感器除温度检测元件外，还 包括供电电源、测量电路、逻辑控制电路以及一定频率下的无线通信

7、电路，温 度传感器要与被测物体表面紧密接触。为了适应高温工作环境，无线温度传感 器通常要用高温高压的热缩管进行封装，还要具备一定的防水防尘能力，以满 足长时间工作需求。由于无线温度检测系统的工作空间一般都比较小，因此在 封装时应尽量减小其体积，以适应工作环境。在使用温度传感器时，可利用耐高温的尼龙丝或粘贴的方法将已经封装好 的温度检测器固定于物体表面，但要注意保持接触的紧密度，以减少测量误 差。温度传感器应有比较宽的线性工作范围，一般选择55130C的传感器， 对于不同的工作环境，应根据精度和误差要求进行选择。3. 3.无线温度检测器无线温度检测器有多个接收通道，可同时对来自多个位置的测量数据

8、进行 处理并显示。检测器中设置有阈值判定模块和故障处理模块，工作人员事先设 定一个安全范围，检测器在接收到数据之后与设定阈值进行对比，一旦发现温 度高于阈值就转入故障处理模块，检测器显示屏上会输出警告字样，同时输出 一系列高低电平以驱动报警指示灯和音响工作。3 . 4.实时温度检测软件系统为降低工作人员的工作量，技术人员设计开发了与上述无线温度检测系统 相匹配的实时温度检测软件，以实现数据分析和处理。该软件安装于与无线温 度检测系统相连接的计算机上，具备温度显示功能、数据存储功能、历史数据 分析对比功能、故障警示功能和设备运行状态分析功能，可以帮助技术人员处 理海量数据，提炼有用信息，对各个设

9、备温度的变化情况进行对比和分析，及 时汇报异常状态，保证各个设备的安全运行。同时，该软件还具有强大的数学 计算功能和可视化能力，可以将一段时间内的数据以曲线图的方式展示，并标 注其中的异常点，提醒维修人员检查。4 .红外热成像仪的优势(1)通过对设备表面温度分布的测量，可以很直观的看出物体发热部位的位 置和分布并能分析设备内部热损耗部位和性质，从而判断该设备的健康状态。 热点温度直观显示，热图像清晰，能储存和打印。(2)具有定性成像与定量测量的双重功能，能够辨别很小的温差。实时热图 像能够清晰显示在屏幕上，为建立热图像数据库提供了条件，实现了图像采 集、储存、分析于一体的功能。(3)用红外热成

10、像仪检测设备，属于远距离非接触式的扫描巡检，可以保证 人身安全和设备的正常运转不会影响现场的正常生产。5 .电流致热型设备故障特点变电站设备种类较多，由于设备致热因素、内部结构和运行条件的不同， 对各种热缺陷的检测和判断方法也大不相同。电流致热型设备是电流效应引起 的设备发热，例如：电气设备与金属部件的连接、金属部件与金属部件的连接 的接头和线夹、输电导线的连接器、刀闸、断路器等囚。这些设备异常发热原 因是与设计制造、安装不当或用错材料、运行维护不当、设备老化等有关。基 层单位受仪器和技术水平所限，目前主要的工作重点还是检测电流致热型设备 的故障。6 .相对温差法判断电流致热型设备缺陷电力设备

11、缺陷分为一般缺陷、重大缺陷、紧急缺陷。根据文献0所述，相 对温差判断法是电力设备红外检测有效的诊断方法之一，两个对应测点之间的 温差与其中较热点的温升之比的百分数。采用相对温差可减小小负荷下的缺陷 漏判，仅适用发热点温升大于IOK的电流致热型设备。两个对应测点之间的温 差与其中较热点的温升之比的百分数相对温差”可用下式求出： -hll IOo%=上三 X100% Tli-0式中：q和Tl发热点的温升和温度；g和72正常相对应点的温升和温度； 7环境参照体的温度。同类比较判断法是根据同组三相设备间对应部位的温差 进行比较分析。表1部分电流致热型设备的相对温差判据设备类型相对温差值/%一般缺陷重大

12、缺陷视同紧急缺陷SF6断路器220280295隔离开关2352802957 .检测实例7.1. 35kV并联电抗器中性点管母连接圆形接头环流发热2009年07月08日，500kV茅湖站运行人员特巡测温时发现35kV 3M母 线#2并联电抗器三相中性点管母连接处发热，图1所示，测温达129.5C, 正常运行管形母线本体温度为48,环境温度30C。此时#2电抗器负荷电流 为1024Ao诊断认为#2电抗器B相铝镁稀土合金管形母线和2片半圆铝硅合 金夹件连接处存在发热现象，相对温差为81.9%280%,达重大缺陷网。OALIi_g9/00Q 21:08:40 I ZOOM L O 2022( 花-O.

13、如 11图1 #2电抗器C相中性点管母接头发热发热原因分析：主要原因为中性点采星形连接方式，接头部位与电抗本体 只有20cm,管形母线与2片半圆形夹件经螺栓夹紧固定，管形母线与夹件形 成了闭合环路。电抗器运行时产生漏磁场穿过闭合的金属环路后产生环流导致 发热。管形母线为铝镁稀土合金材料，2片半圆夹件金具为铝硅合金材料，因 材料不同热胀冷缩状态不同步，长期运行导致连接部位的接触电阻增大，使螺 栓发热更为严重。现场处理：先后更换不锈钢和铜螺栓等处理方法，金属环内部产生涡流和 环流的复合作用使接继续发热。通过消除闭合金属环路，拆除管母及其连接 金具，采用钢芯铝导线连接，最终彻底处理发热缺陷。改造完成

14、后运行4小 时，中性点三相接头温度为：A相82、B相79、C相80,运行正常， 图2所示。08 21:04:28 I ZoOM-L 0 20/22OC E=0 9gJ _ 图2改造后A相运行4h连接处温升正常7. 2.刀闸动静触头连接处发热2010年10月25日，夜巡测温时发现500kV第五串联络开关IM母线侧 50521刀闸A相动静触头连接处发热，温度64.9C,温升达45C, B相 24.3, Cffi 24.8C,环境温度 19.5C。A ffi 723A, B 相电流 731A, C 相电 流为719A。对测温图片进行分析，见图3鉴定50521刀闸A相动静触头连接 处存在外部缺陷。相对

15、温差为88.98%280%,重大缺陷。发热原因分析：经检修人员现场排查确认刀闸长期裸露在空气中，连接件 表面容易被氧化形成氧化膜，使得表面电阻和接触电阻增加而发热；由于刀闸 用期长、操作多，长期受机械张力的作用变形致使合闸位置不准，使得刀口接 触面积少，不均衡，接触电阻变大引起发热。110/11/25 121:63:00 I ZooM-L 2 -20/220C E00 图3 50521刀闸A相动静触头连接处发热8.技术改进展望红外测温诊断技术可以快速发现变电站电流致热型设备故障并及时得到消 缺，特别是在重负荷运行的情况下严密监测运行中设备状态，可有效地降低设 备的故障率。但红外诊断难以从设备外部监测到内部的运行状态，难以辨别变 电站大型复杂设备内部的某些故隙。这需要相关技术人员积累现场工作经验， 建立红外测温数据库，综合应用多种判别方法来提高故障检测的准确率，并加 大这方面的技术研发和探索。虽然红外测温诊断技术已在广泛应用于变电设备巡检，但目前局限于定期 巡检，并未实现对设备的实时动态监测，存在受人为因素影响大，易漏测、迟 测。应用动态红外测温技术可实现对电气设备全过程的红外测温，为预期检修 提供可靠的依据，提高电网运行的安全可靠性。这需要相关领导加大技术投 入，在变电站内建立具有红外测温功能的