摘要:电力作为国民经济的基础性产业,时刻与社会的生产活动与人民日常生活紧密联系,所以需要保证电网的安全稳定运行,变压器是电网运行中的关键部分,而要使变压器处于一个持续稳定的工作状态中,就需要对其进行检修,文章主要对红外诊断技术在变压器状态检修中的应用进行研究。
关键词:红外诊断技术 变压器 状态检修
红外诊断技术是一门新兴的学科,它是利用带电设备的致热效应,采用专用设备获取从设备表面发出的红外辐射信息,进而判断设备状况和缺陷性质的一门综合技术。它是检测带电设备运行状况和判断设备缺陷的有效手段,该技术以远距离、不接触、不停电、不取样、不解体为显著特点,使用灵活、安全性好,对开展状态检修可起到重要作用。
1 红外诊断技术的应用原理分析
设备故障红外诊断的前提,首先是用红外方法监测到设备运行状态的变化及故障信息。在电力系统的各种电气设备中,导流回路部分存在大量接头、触头或连接件,如果由于某种原因引起导流回路连接故障,就会引起接触电阻增大,当负荷电流通过时,必然导致局部过热。如果电气设备的绝缘部分出现性能劣化或绝缘故障,将会引起绝缘介质损耗增大,在运行电压作用下也会出现过热;具有磁回路的电气设备,由于磁回路漏磁、磁饱和或铁芯片间绝缘局部短路造成铁损增大,会引起局部环流或涡流发热;还有些电气设备(如避雷器和交流输电线路绝缘瓷瓶),因故障而改变电压分布状况或增大泄露电流,同样会导致设备运行中出现温度分布异常。总之,许多电气设备故障往往以设备相关部位的温度或热状态变化为征兆表现出来。
只要运用适当的红外仪器检测电气设备运行中发出的红外辐射能量,并转换为相应的电信号,再经过专门的电信号处理系统处理,接可以获得电气设备表面的温度分布状态及其包含的设备运行状态信息。这就是电气设备运行状态红外监测的基本原理。
由于电力设备不同性质、不同部位和严重程度不同的故障,在设备表面不仅会产生不同的温升值,而且会有不同的空间分布特征,所以分析处理红外监测到的上述设备运行状态信息,就能够对设备中潜伏的故障或事故隐患属性、具体位置和严重程度作出定量的判定。这就是电气设备故障红外诊断的基本原理。
根据正常状态下设备的发热规律及其表面温度场的分布和温升状况,即设备的基础热像,结合设备结构及传热途径,进一步分析设备在各种故障状态下的热像及温升,再结合其他检测结果,就能较好地诊断出设备故障及故障点和类型。
另外,设备热故障可分为两大类。其一,外部热故障。它以局部过热的形态向其周围辐射红外线。例如导电回路的裸露接头、连接件和触头,因接触不良造成过度发热,其红外热像图呈现以故障点为中心的热像分布,故从热像图可直观判断是否存在热故障,而由温度分布可准确地确定故障部位。其二,内部热故障。例如绝缘介质受潮或老化后因介质损耗增大而使发热增加;铁心和导磁部位因绝缘不良造成漏磁或短路而形成局部涡流过热;设备内部缺油也会产生热效应等。它们的发热过程较长,且为稳定发热。与故障点相接触的物质都会传出热量,尤其导体都是良好的导热体,改变了设备外表面的热场分布。故从设备外部对其相关部件进行红外热像的检测分析,可诊断设备的大量内部故障。
2 红外诊断技术的特点分析
与传统的预防性试验和离线诊断相比,红外监测与诊断技术具有以下的特点:
2.1 不接触、不停运、不取样、不解体。红外诊断方法是一种遥感诊断方法,在监测过程中,始终不需要与运行设备直接接触,而是在与设备相隔一定距离(通常在5m以外)的条件下进行监测。既不需要像色谱分析那样进行取样,也不需要像以往做电力设备预防性试验那样进行设备解体或接触式测试。所以红外监测时可以做到不停电、不改变系统的运行状态,从而可以监测到诊断设备在运行状态下的真实状态信息,并可保障操作安全。由于红外诊断具有这“四不”特点,所以可以做到省时、省力、降低设备维修费用,大大提高设备的运行可靠性和投运率。
2.2 采用被动式监测,简单方便。
2.3 可实现大面积快速扫描成像,状态显示快捷、灵敏、形象、直观,监测效率高,劳动强度低。
2.4 红外诊断适用面广,效益、投资比高。从监测方法来讲,红外成像监测原则上几乎能够适用于发电厂和变电站所有高压电气设备中各种故障的检测。尽管由于红外诊断仪器及其辅助装置都是高技术产品,一次性投资高于常规检测仪表。但是,由于红外监测是设备运行状态的在线监测,不影响设备正常运行,不停电,增加设备的可使用时间和运行有效度,延长了设备的使用寿命和无故障工作时间。因此考虑到这些特点带来的技术经济效益和社会效益后,普遍认为,红外诊断的效益、投资比高是它的一个突出特点。
2.5 易于进行计算机分析,促进向智能化诊断发展。目前的红外成像诊断仪器普遍配置了计算机图像分析系统和各种功能处理软件,不仅可以对监测到的设备运行状态进行分析处理,并可根据对设备红外热图像有关参数的计算和分析处理,迅速给出设备故障属性、故障部位及严重程度的定量诊断。
2.6 红外诊断有利于实现电力设备的状态管理向状态维修体制的发展。
2.7 它不仅可以检测出各种类型的设备外部接触性过热故障,而且能比较有效地检测出备内部导流回路的缺陷和绝缘故障。当然,对全密封电气设备、小车柜开关等仍需利用红外诊断技术进一步监测,积累经验。
3 红外诊断技术在变压器状态检修中的应用分析
由于红外诊断技术原理的可行性以及应用的优越性,需要在变压器状态检修实践过程中对其加以应用。该章节文章结合实例对其应用进行分析,以取得良好的效果。在变压器的状态检修工作中利用红外热像仪对变压器的各部位、外部接头和冷控制柜内元件的运行温度进行定期的、针对性的监测。通过应用红外热成像仪对重要设备的重要部件进行温度测量,多次判断出设备在异常运行状况。例如发现和处理了:#01启备变油枕缺油;#1主变A相中性点套管引线接头线夹烧坏,如图1所示;#2发电机励磁集电环装置局部过热等;还可多次利用热像仪检测判断悬挂绝缘子串污闪的程度。
红外监测与诊断技术在珠海发电厂变压器状态检修方面的应用效果分析如下:
3.1 在变压器潜伏性故障诊断中,红外诊断方法对于裸露在外部和体积不大的部件(如外部接头、套管等)、冷却装置和油路系统、箱体涡流及干式变压器内部故障,诊断效果良好。不仅可以实现远距离在线监测,而且,对于故障的定位、定性和定量(严重程度)都比较准确,具有比其他诊断方法更优越的特点。
3.2 对变压器本体内部故障的诊断,因故障处于油内和本体深处,且外面罩有箱壳,故障信息难以传递出来。因此,在这种情况下用红外方法诊断时可通过改变负荷及运行条件等,检测变压器的动态变化,并结合其他手段(如电气及化学等)进行综合分析,或借助在多发故障部位埋设红外光纤等方法进行监测与诊断。
3.3 对油浸式变压器吊罩后施加激励作红外诊断,诊断效果及分析方法与干式变压器相同。
3.4 油浸式变压器内部故障的红外诊断,相对来讲比较困难,还有待进一步研究开发与完善。
变压器内部结构复杂,传热途径多样,故当其内部产生热故障时,很难依靠红外诊断这种单一手段进行诊断,需结合其他手段,例如油的气相色谱分析来进行综合判断。必要时要用特殊的运行方式,例如油浸式变压器铁心故障的红外诊断需在放油吊罩下进行。但对那些较靠近外壳或传热途径简单、直接的部位发生过热故障时,可以用热像诊断,例如箱体因内部漏磁引起的涡流过热、变压器冷却系统阻塞、变压器套管内部故障等的诊断。套管内部故障包括绝缘不良而使介质损耗增大导致温升增加,内部接触不良引起过热(大部分热量由顶帽散出)和缺油导致温度偏低等。
4 变压器状态检修红外诊断技术应用建议
红外诊断技术是对绝缘监督手段的有效补充和完善,其可以在预试前后进行设备诊断,无疑是对预试结果的验证,同时预试前发现的设备热故障则为检修提供了依据。虽说红外诊断技术在变压器状态检修应用过程中拥有众多的优点,但在实践中我们需要在不断提升基础应用知识的基础上注意一些问题。
4.1 基础知识是红外诊断技术应用的前提,需要积极组织学习贯彻红外监测与诊断技术的有关标准。开展红外监测与诊断工作,需要掌握有关基本概念,如:相对温差、绝对值、环温参考值以及缺陷判断等,明确监测范围,用标准指导红外诊断工作;红外成像仪所检测的设备热辐射易受到温度、湿度、风速、阳光照射等因素的干扰,故在每次工作中检测人员站立的位置应尽量相同,检测的时间应相似,检测的气候环境应遵守《带电设备红外诊断技术应用规范》中规定,并对检测值做出修正。
4.2 制定和完善红外诊断制度,并纳入设备的预防性维护体系。根据设备重要程度和实际运行状况制定合理的监测周期,并已纳入设备的预防性维护体系。如在《带电设备红外诊断技术应用规范》中建议对运行中的变配电设备每年检测两次,输电线路及旋转电机每年检测一次。而在实际工作中发现此周期间隔较长,无法及时发现故障设备以及跟踪发展趋势,建议电厂调整为每季度检测一次,在负荷高峰期间每月检测一次,以便及时掌握设备的实际运行状况。
4.3 建立和完善红外监测数据库、热像图谱库。应正确使用红外诊断仪器,注意合理选择辐射系数。需要对电厂投运的所有的一次设备红外热像图收集起来,建立基础图库,在以后的检测中产生的热像图不断充实进图库中,进行定期分析对比,以掌握设备老化状态的发展趋势,做出技术报告。
4.4 需要结合其他的分析诊断方法进行判断。红外热成像技术可准确判断设备接头发热等外部缺陷,但对于设备内部缺陷的诊断还存在一定的难度;在判断内部缺陷时依据红外导则的要求,应灵活运用各种适合的分析诊断方法,同时结合具体设备的工况、内部结构进行综合诊断分析,参考电力设备预防性试验数据,通过应用不同的判断方法,避免对缺陷性质定性不准。由于红外热像仪检测的都是物体的表面温度,而电气设备内部的温度因结构复杂不能准确测出,所以红外检测必须与其他的测量技术和科学方法结合起来,才能更好地发挥其作用。
5 结语
文章通过理论联系实践的方法,首先对红外诊断技术的应用原理和应用特点进行分析,以些为理论基础,对其应用进行探究,取得了良好的效果,并提出了其实践工作中应用的建议,以期促进红外诊断技术的推广,并为变压器状态检修方法的使用提供借鉴。
参考文献:
[1]王世阁,钟洪璧.电力变压器故障分析与技术改进[M].中国电力出版社,2004.
[2]陈衡,侯善敬.电力设备故障红外诊断[M].中国电力出版社,1999.
[3]黄盛洁,姚文捷,马治亮.电气设备绝缘在线监测和状态维修[M].中国水利水电出版社,2004.
作者简介:林晨(1983-02)、男、福建省连江县人、本科、助理工程师、从事变电设备检修管理工作。
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