申大勇

(錦州石化公司設(shè)備研究所,錦州 121001)

通過紅外診斷發(fā)現(xiàn)的電氣設(shè)備缺陷中,大量的為載流部件過熱缺陷。此類過熱缺陷由電流效應(yīng)所致,引發(fā)的原因為：接觸電阻增大、導(dǎo)體材質(zhì)不良或?qū)w損傷,而前者是最主要的。雖然在電氣設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程中,規(guī)定對開關(guān)類設(shè)備的主回路電阻、變壓器類設(shè)備的直流電阻等項目進(jìn)行測試[1],但系統(tǒng)中仍然存在許多這類缺陷未被檢測。因此,在現(xiàn)階段的電氣設(shè)備紅外診斷工作中,診斷載流部件過熱缺陷仍是其中的主要內(nèi)容之一。

由于紅外診斷技術(shù)在保證電力安全生產(chǎn)和提高供電可靠性方面取得了明顯的效果,同時,其經(jīng)濟(jì)效益十分顯著,在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家更是普遍推廣使用,應(yīng)用范圍也從最初的電器設(shè)備和電力線路開始擴(kuò)大到發(fā)電廠等相關(guān)領(lǐng)域。對電氣設(shè)備而言,通過熱分布場的變化而探測,分析判斷設(shè)備內(nèi)部熱缺陷通過熱傳導(dǎo)而引起外部熱分布場的變化。合理運用并有效地掌握該方法將對此類缺陷檢出,對設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運行具有十分重要的意義。1999年,我國首次發(fā)布并實施電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 644—1999《帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則》(以下簡稱《導(dǎo)則》)。該《導(dǎo)則》中提出了相對溫差判斷法,并給出了明確的參數(shù)定義和判斷依據(jù)[2],為診斷電氣載流部件的過熱缺陷發(fā)揮重要的指導(dǎo)作用。

1 電氣設(shè)備紅外診斷方法

《導(dǎo)則》中共提出了五種電氣設(shè)備紅外診斷方法：表面溫度判斷法、相對溫差判斷法、同類比較法、熱譜圖分析法以及檔案分析法。

第一種方法直接利用紅外儀器的測量值,對照GB 763—1990《交流高壓電器在長期工作時的發(fā)熱》標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)設(shè)備最高允許溫度或溫升值的規(guī)定進(jìn)行判斷。而其它四種方法實質(zhì)上都是基于進(jìn)行比較的策略。其中,相對溫差判斷提出了一個量化的新參量,即相對溫差。對于診斷載流部件過熱缺陷,后三種方法是用于確定存在異常的判據(jù),而前兩種方法則是判斷缺陷性質(zhì)及其嚴(yán)重程度的尺度。第一種方法存在較大的局限性。提出相對溫差判斷法在一定程度上解決了這個問題,可作為判斷載流部件過熱缺陷的基本方法。

下文將對相對溫差判斷法如何能解決表面溫度判斷法的局限性問題,其理論基礎(chǔ)、判據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)展開分析。

1.1 相對溫差的定義

根據(jù)《導(dǎo)則》3.4條,相對溫差定義如下：兩個對應(yīng)測點之間的溫差與其中較熱點的溫升之比的百分?jǐn)?shù)。相對溫差δt可用下式求出：

式中 τ1,T1——發(fā)熱點的溫升和溫度;

τ2,T2——正常相對應(yīng)點的溫升和溫度;

T0——環(huán)境參照體的溫度。

由于過熱點和正常點(常選擇同一設(shè)備其他相別的相同部位)的散熱條件是近似相同的,且流過設(shè)備的三相電流是基本對稱,因此有：

另外,可定義過熱點的電阻相對偏差δr為：

式(4)說明,過熱點的相對溫差δt近似等于它的電阻相對偏差δr。因此,可以根據(jù)設(shè)備允許的電阻偏差來導(dǎo)出設(shè)備允許相對溫差的大小[3]。如果算出了被研究部位的相對溫差值,也就能判斷設(shè)備是否存在缺陷,甚至可以確定缺陷的嚴(yán)重程度。

1.2 相對溫差判據(jù)

根據(jù)被測對象的相對溫差大小,可以判斷設(shè)備缺陷的嚴(yán)重程度?！秾?dǎo)則》表1中給出了部分電流致熱型設(shè)備的相對溫差判據(jù)。

根據(jù)相對溫差大小與設(shè)備允許電阻偏差之間所存在的對應(yīng)關(guān)系,可以發(fā)現(xiàn)《導(dǎo)則》表1中判斷電流致熱型設(shè)備缺陷的尺度,基本上是等同于DL/T 596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)中所要求的。如《規(guī)程》對SF6斷路器導(dǎo)電回路電阻的規(guī)定。

敞開式斷路器的測量值不大于制造廠規(guī)定值的120%,即電阻相對偏差δr為：

在《導(dǎo)則》表1中則規(guī)定,對SF6斷路器,當(dāng)相對溫差值＞20%時判斷為存在缺陷?？梢?兩者是相當(dāng)?shù)?。其它的對?yīng)內(nèi)容如表2所示。

表1 部分電流致熱型設(shè)備的相對溫差判據(jù)

表2 《導(dǎo)則》與《規(guī)程》中相關(guān)內(nèi)容的對比

除了表2中所述的內(nèi)容之外,還應(yīng)注意兩種設(shè)備。第一種是在《規(guī)程》中列出了回路電阻試驗項目,但結(jié)果要求為運行中自行規(guī)定的設(shè)備;第二種是在《規(guī)程》中沒有列出的,主要是導(dǎo)線、母線及各連接件。對此,可按《導(dǎo)則》提供的“其它導(dǎo)流設(shè)備”項進(jìn)行判斷。其規(guī)定為當(dāng)相對溫差＞35%時判斷設(shè)備存在缺陷。

1.3 相對溫差的特點

相對溫差δt的大小實際上反映了過熱點的電阻(接觸電阻或體電阻)相對于正常部位電阻的偏差情況這一本質(zhì)特征,因此它與負(fù)荷大小、環(huán)境條件、輻射率等因素都沒有關(guān)系。而且,該值是歸一化的,值域為0%≤δt≤100%,能方便制定統(tǒng)一的判斷標(biāo)準(zhǔn)[4]。同時還注意到,在實際應(yīng)用中,用于計算δt的溫度為熱像儀的測量值,由于輻射率設(shè)置偏差的影響,此值可能不是被測物體上的真實溫度。研究表明[4]：改變熱像儀的輻射率設(shè)置,測量得到了不同的溫度值,但相對溫差δt仍始終保持不變[5]。由于相對溫差具有以上的特性,因此相對溫差判斷法也就克服了表面溫度判斷法所存在的不足。

2 具體案例故障分析及診斷

筆者所在單位于 1998年引進(jìn)日本NIKONS270A型紅外熱像儀。在這幾年的工作當(dāng)中,應(yīng)用熱像儀對單位內(nèi)的兩座熱電廠和六座變電站的多臺主設(shè)備進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)在線電氣設(shè)備內(nèi),外部熱故障達(dá)25處,其中外部嚴(yán)重?zé)峁收?處,一般性熱故障10處,內(nèi)部熱故障8處,故障點最高溫度達(dá)133℃。對于所有熱故障點,均及時通知了運行單位,其中嚴(yán)重故障點都及時采取了相應(yīng)的處理措施,對保障電力設(shè)備安全運行起到了重要作用。下文將介紹檢測過程中兩個典型例子。

(1)熱電廠3號變電站1號進(jìn)線紅外熱像圖如圖1所示,相關(guān)數(shù)據(jù)見表3。

圖1 典型的接頭發(fā)熱圖像

表1 B相接頭檢測溫度

由式(2)可得：

從表3數(shù)據(jù)可見,在相同負(fù)荷下,B相接頭溫度竟然達(dá)到A,C相接頭溫度的3倍,且B相接頭相對溫差也接近86.4%(屬于“重大缺陷”),可見B相接頭存在嚴(yán)重的接觸不良。后停電檢查,發(fā)現(xiàn)B相接頭處的聯(lián)結(jié)板表面有一小處凸起,導(dǎo)致兩塊板壓接不緊密,造成接頭接觸不良,引起過熱現(xiàn)象。

(2)焦化1號線B相瓷瓶下接線柱螺母紅外熱像圖如圖2所示,相關(guān)數(shù)據(jù)見表4。

圖2 典型的瓷瓶接頭發(fā)熱圖像

表1 B瓷瓶接頭檢測溫度

式由(2)：

B相瓷瓶接頭最高溫度為86℃,相對溫差達(dá)82.7%(屬于“重大缺陷”)。所在位置為瓷瓶下接線柱螺母,可能是因為螺母松動而引起的局部溫升,對該部位進(jìn)行及時處理,該瓷瓶下接線柱螺母擰緊后一直安全運行。

3 結(jié)論

相對溫差的大小實際上反映了電阻相對偏差的大小,在一定范圍內(nèi),其相對溫差值不受載荷大小、大氣環(huán)境、材質(zhì)輻射率設(shè)置等因素的影響?！秾?dǎo)則》中確立的相對溫差判據(jù)基本上體現(xiàn)了常規(guī)電氣試驗標(biāo)準(zhǔn)的基本要求。相對溫差判斷法是用于診斷載流部件過熱缺陷的最主要方法而且是最有效的方法。在實際應(yīng)用中須注意如下幾點：

(1)計算相對溫差值不但需要被測試部位的溫度,還需知道正常部位及環(huán)境參照體的溫度。一般可將三相間溫度最低者作為正常部位,但它必須與被研究部位具有相同的結(jié)構(gòu)、表面特征、電流大小、環(huán)境條件以及測量距離。環(huán)境參照體的溫度由紅外儀器對處于停役中的設(shè)備測量所得,不能用其它方法測得的環(huán)境溫度代替。此外,這3個溫度值必須是使用同一臺儀器在同時或相繼測得的值。

(2)雖然相對溫差與環(huán)境條件、負(fù)荷大小等因素?zé)o關(guān),但這結(jié)論成立是有范圍的。現(xiàn)場檢測仍應(yīng)盡量在適宜紅外測試的條件下進(jìn)行。當(dāng)發(fā)熱點的溫度較小時(＜10K[2]),電流、散熱條件的微小差別以及太陽輻射的作用等因素造成相對顯著的影響,這種情況下得到的相對溫差值可能不可靠。

(3)如果設(shè)備三相同時出現(xiàn)過高溫度,還應(yīng)按表面溫度判斷進(jìn)行分析。

(4)對于電壓致熱型設(shè)備缺陷,理論上可以證明,其相對溫差與介損之間也存在類似的關(guān)系。但相對溫差判斷法不適用于電壓致熱型設(shè)備缺陷的現(xiàn)場診斷。

[1]DL/T 596—1996 電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程[S].

[2]DL/T 664—1999 帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則[S].

[3]陳衡,侯善敬.電力設(shè)備故障紅外診斷[M].北京：中國電力出版社,1999：218.

[4]胡世征.電氣設(shè)備紅外故障診斷的相對溫差判斷法及判斷標(biāo)準(zhǔn)[J].電網(wǎng)技術(shù),1998(10)：47.

[5]姜建國.故障診斷學(xué)及其在電工中的應(yīng)用[M].科學(xué)出版社,1995：107.