变电站红外线测温技术的应用

摘要：随着电力系统的发展，红外测温技术在变电运行中的应用越来越广泛，尤其是在500kV变电站，一些高压设备隐蔽或发展中的缺陷无法直接发现，但可通过红外测温技术及时发现、准确的处理。文章结合典型案例进行了分析，为电力设备的状态检修提供了重要经验。

关键词：红外测温；电网安全；温差判断法；表面温度判断法；同类比较法

中图分类号：TM764　文献标识码：A　文章编号：1009－2374(2011)19－0122－02

变电站内的开关、刀闸、电压互感器(PT)、电流互感器(cT)、变压器、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；存在着各种故障隐患，因此设备的状态检修日益为人们所重视。红外检测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着越来越重要的作用，给状态检修提供了重要的依据。

一、红外测温的基本原理

由于红外测温仪转换变电设备的辐射功率信号能反映变电设备温度及温度变化，从而得知变电设备的状态。电力设备的每一种缺陷模式都有相应的表现，由于受环境温度变化、污秽、有害气体腐蚀、风雨雪物等自然力作用，再加上人为设备施工不当造成的设备老化、损坏和接触不良，这必将导致设备的介质损耗、漏电流和接触电阻的增大，从而引起相应的局部发热而使温度升高。红外测温可得到与景物表面热分布相应的实时的图像。检测到设备的特定部位的温度，根据温度信号及其变化，通过分析得到设备的缺陷类型，在掌握了设备缺陷类型的基础上，再由人或“专家分析系统”去处理，给出缺陷原因和解释。

二、红外测温的诊断方法

(一)表面温度判断法

主要根据测得的设备表面温度值，对照GB763的有关规定，可以确定一部分电流致热设备的缺陷，对于温度(或温升)超高标准的不能正常工作的设备，可根据设备温度超标的程度，设备负荷的大小，设备的重要性及设备承受机械应力的大小来确定设备缺陷的性质，对在小负荷下温升超标的设备和承受机械应力较大的设备缺陷要从严定性。

(二)温差判断法

电流致热型设备若发现设备的热态异常，应按规定进行准确测量并计算相对温差值，判断设备的缺陷的程度，对于负荷小、温升小，相对温差大的设备，如果有条件改变负荷率，可增大负荷电流后进行复测，以确定设备的缺陷性质。

(三)同类比较法

在同一电气回路中，当三相电流对称的设备，同时比较三相或两相电流致热型设备对应部位的温升值，来判断设备是否正常，当负荷电流不对称时应考虑负荷电流的影响。

对于型号规范相同的电压致热设备，可根据它的温升值的差异来判断设备是否正常；同类设备同部位比较、上下节比较来判断设备是否正常。电压致热型设备的缺陷宜用允许温升或同类允许温差判断确定，一般情况下，同类温差超过允许温升值的30％时应定为重大缺陷，当三相电压不对称时应考虑工作电压的影响。

(四)热谱图分析法

根据同类设备热谱图的差异来判断设备是否正常。

(五)档案分析法

分析同一设备在不同时期检测数据(例如温升、相对温差和热谱图)找出设备致热参数的变化趋势和变化速率，以判断设备是否正常。

三、红外测温技术实例

(一)500kV深圳站#5主变变高故障

2011年5月12日，变电管理一所发现500kV深圳站#5主变变高c相CVT二次绕组输出电压严重偏低，三个绕组测量电压分别为：1.6V、1.6V、3.2V(正常值应为60V、60V、106V)。运行人员用红外测温仪对该组CVT进行测试后发现c相电磁单元油箱温度明显高于其他两相，电容器单元三相测温无异常。为预防事故的发生，退出了相应主变保护，断开该相CVT的二次空开，尽快对该组CVT进行停电处理。故障设备为西安电力电容器厂生产，型号为CVT 500／3 0.005H，2002年3月出厂。5月12日为阴雨天气，有雷电现象发生。经查雷电定位系统，当天深圳站覆盖地区范围内无落雷记录。

(二)事故分析

该相CVT故障后，深圳局立即向中调申请#5主变停电，以便对该相CVT进行全面检查。高试一班和高试二班的相关技术人员于第一时间赶到深圳站，以便对该故障CVT进行试验诊断。红外测试后发现c相CVT的电磁单元部分最高温度约45℃，而正常相A、B相的最高温度约30℃，三相CVT的电容温度均处于正常状态，无异常发热点。红外测温结果如图1～图2所示：

由红外测温结果可以判断，c相CVT的电磁单元内部存在故障发热点。由于停电后出现雷雨天气，当晚未进行停电试验项目。5月13日早，技术人员再次抵达深圳站，对#5主变变高3相CVT进行停电试验诊断，由此次停电试验结果可知，A、B相试验数据正常，c相CVT下节的试验方法按照广东电网公司作业指导书要求应采用自激法测量，但该相CVT故障后使用自激法测量时仪器无法升压，故采用反接屏蔽法测量。根据自激法原理可以初步判断中间变压器一次或二次绕组存在短路现象。

为了进一步确定故障发生发展的过程，验证故障发生情况，利用EMTP仿真软件对以上两种故障发生的情况进行了仿真分析。

利用EMTP进行仿真必须首先建立等效电路模型，500kV电容式电压互感器的等效电路如图3所示，图中c1为c11、c12、c13串联后的等效电容，us为#5主变变高电压，R1、L1为中间变一次漏抗，R21’、L21’、R22’、L22’、R23’、L23’表示中间变二次绕组折算至一次的漏抗，Rm、Lm为中间变励磁阻抗，Rb、Lb为补偿电抗器阻抗，Rx、Lx为剩余绕组所接阻尼的阻抗，见图3。

(三)故障结论

经过现场试验、解体试验和EMTP仿真分析，认为该500kV CVT故障的原因可能为：电磁单元部分中间变压器的一次绕组匝间绝缘裂化，导致一次绕组发生匝间短路，造成一次绕组电流剧增，进一步导致了匝间短路范围的扩大，和短路电流增大的恶性循环，由于一次绕组发生匝间短路，导致流过补偿电抗器的电流增大，补偿电抗器两端的电压也随之增大，该电压增大到一定程度时造成了补偿电抗器两端的避雷器发生击穿，避雷器的绝缘已完全破坏。

四、总结与建议

本次500kV CVT故障是由于电磁单元中间变压器一次绕组匝问短路导致的二次失压故障，并造成油箱发热。由于500kV电容式电压互感器的停电预防性试验主要考核的是电容部分的绝缘状况，对中间变压器无法进行相应试验，且由于中间变压器的一次抽头通常未引出，导致无法在停电条件下对其进行相关试验，故无法对中间变压器的性能进行相应的评估。红外测试是一种有效的发现设备隐患的手段，建议加强对同类型设备的红外测试，防止或提早发现类似故障的发生，特别是在重负荷运行的情况下严密监测运行中设备的状态，有效地保障了电力系统的安全稳定运行。

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