配网设备红外测温缺陷典型图谱


概述

对输变电设备的状态进行检查,使设备维修从传统的预防性检修提高到预知性状态维修,对增加设备运行可靠性,提高电力系统经济效益以及降低维修成本,都有很重要的意义。带电设备红外检测诊断技术是一门综合技术,通过研究和应用红外检测诊断技术来获得带电设备致热效应从设备表面发出的红外辐射信息,进而判断设备缺陷的类型。

1.红外检测诊断技术的基本概念

1.1 温升

    被测设备表面温度和环境温度参照体表面温度之差。

1.2 温差

    不同被测设备或同一被测设备不同部位之间的温度差。

1.3 相对温差

    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δt可用下式求出:

δt=(τ1-τ2)/τ1×100%=(T1- T2)/(T1- T0)×100%

     式中:τ1和T1—发热点的温升和温度;

        τ2和T2—正常相对应点的温升和温度;

         T0—环境温度参照体的温度。

1.4 环境温度参照体
    用来采集环境温度的物体。它不一定具有当时的真实环境温度,但具有与被检测设备相似的物理属性,并与被测设备处于相似的环境之中。
1.5 一般检测
   适用于用红外热像仪对电气设备进行大面积检测。
1.6 精确检测
    主要用于检测电压致热型和部分电流致热型设备的内部缺陷,以便对设备的故障进行精确判断。
1.7 电平值

    电平值是温宽值的中间值,它可以认为是“热亮度”

1.8 温宽

    温宽是指我们当前使用的温度范围内的一段,另外可以认为它就是“热对比度”

1.9 检修决策

    依据设备状态,考虑风险因素,确定设备检修的类别、内容。

2.设备缺陷类型的确定及处理方法

红外检测发现的设备热缺陷应纳入设备缺陷管理制度的范围,按照设备缺陷管理流程进行处理。根据过热缺陷对电气设备运行的影响程度分为以下三类:

一般缺陷:指设备存在过热,有一定的温差,温度场有一定梯度,但不会引起事故的缺陷。这类缺陷一般要求记录在案,注意观察其缺陷的发展,利用停电机会检修,有计划地安排试验检修消除缺陷。

当电流致热型缺陷发热点温升值小于15K时,不宜按导则DL/T664-2008《带电设备红外诊断应用规范》附录A的规定确定设备缺陷的性质。对于负荷率小、温升小但相对温差大的设备,如果负荷有条件或机会改变时,可在增大负荷电流后进行复测,以确定设备缺陷的性质,当无法改变时,可暂定为一般缺陷,加强监视。

严重缺陷:指设备存在过热,程度较重,温度场分布梯度较大,温度较大的缺陷。这类缺陷应尽快安排处理。对电流致热型设备,应采取必要的措施,如加强检测等,必要时降低负荷电流;对电压致热型设备,应加强监测并安排其他测试手段,缺陷类型确认后,立即采取措施消缺。

危急缺陷:指设备最高温度超过GB/T 11022规定的最高允许温度的缺陷。这类缺陷应立即安排处理。对电流致热型设备,应立即降低负荷电流或立即消缺;对电压致热型设备,当缺陷明显时,应立即消缺或退出运行,如有必要,可安排其他试验手段,进一步确定缺陷性质。

电压致热型设备的缺陷一般定为严重及以上缺陷。

3.红外检测判断方法

表面温度判断法:主要适用于电流致热型和电磁效应引起发热的设备。根据测得的设备表面温度值,对照GB/T 11022中高压开关设备和控制设备各种部件、材料及绝缘介质的温度和温升极限的有关规定,结合环境气候条件、负荷大小进行分析判断。

同类比较判断法:根据同组三相设备、同相设备之间及同类设备之间对应部位的温差进行比较分析。对于电压致热型设备,应结合图像特征判断法进行判断;对于电流致热型设备,应结合相对温差判断法进行判断。

图像特征判断法:主要适用于电压致热型设备。根据同类设备的正常状态和异常状态的热像图,判断设备是否正常。注意应尽量排除各种干扰因素对图像的影响,必要时结合电气试验或化学分析的结果,进行综合判断。

相对温差判断法:主要适用于电流致热型设备。特别是对小负荷电流致热型设备,采用相对温差判断法可降低小负荷缺陷的漏判率。

档案分析判断法:分析同一设备不同时期的温度场分布,找出设备致热参数的变化,判断设备是否正常。

实时分析判断法:在一段时间内使用红外热像仪连续检测某被测设备,观察设备温度随负载、时间等因素变化的方法。

4.检测类别及要求

红外检测诊断根据检测内容及环境要求分为以下两类:

4.1 一般检测

4.1.1一般检测的工作要求:

(1)仪器在开机后需进行内部温度校准,待图像稳定后即可开始工作。

(2)一般先远距离对所有被测设备进行全面扫描,发现有异常后,再有针对性地近距离对异常部位和重点被测设备进行准确检测。

(3)仪器的色标温度量程宜设置在环境温度加10K~20K左右的温升范围。

(4)有伪彩色显示功能的仪器,宜选择彩色显示方式,调节图像使其具有清晰的温度层次显示,并结合数值测温手段,如热点跟踪、区域温度跟踪等手段进行检测。

(5)应充分利用仪器的有关功能,如图像平均、自动跟踪等,以达到最佳检测效果。

(6)环境温度发生较大变化时,应对仪器重新进行内部温度校准,校准方法按仪器的说明书进行。

(7)作为一般检测,被测设备的辐射率一般取0.9左右。

4.1.2 一般检测环境条件要求

(1)被检设备是带电运行设备,应尽量避开视线中的封闭遮挡物,如门和盖板等;

(2)环境温度一般不低于5℃,相对湿度一般不大于85%;天气以阴天、多云为宜,夜间图像质量为佳;不应在雷、雨、雾、雪等气象条件下进行,检测时风速一般不大于5m/s;

(3)户外晴天要避开阳光直接照射或反射进入仪器镜头,在室内或晚上检测应避开灯光的直射,宜闭灯检测;

(4)检测电流致热型设备,最好在高峰负荷下进行。否则,一般应在不低于30%的额定负荷下进行,同时应充分考虑小负荷电流对测试结果的影响。

4.2 精确检测

4.2.1 精确检测的工作要求:

(1)检测温升所用的环境温度参照体应尽可能选择与被测设备类似的物体,且最好能在同一方向或同一视场中选择。

(2)在安全距离允许的条件下,红外仪器宜尽量靠近被测设备,使被测设备(或目标)尽量充满整个仪器的视场,以提高仪器对被测设备表面细节的分辨能力及测温准确度,必要时,可使用中、长焦距镜头。线路检测一般需使用中、长焦镜头。

(3)为了准确测温或方便跟踪,应事先设定几个不同的方向和角度,确定最佳检测位置,并可做上标记,以供今后的复测用,提高互比性和工作效率。

(4)正确选择被测设备的辐射率,特别要考虑金属材料表面氧化对选取辐射率的影响,辐射率选取具体可参见附录A。

(5)将大气温度、相对湿度、测量距离等补偿参数输入,进行必要修正,并选择适当的测温范围。

(6)记录被检设备的实际负荷电流、额定电流、运行电压,被检物体温度及环境参照体的温度值。

4.2.2 精确检测环境条件要求

除满足一般检测的环境要求外,还满足以下要求:

(1)风速一般不大于0.5m/s;

(2)设备通电时间不小于6h,最好在24h以上;

(3)检测期间天气为阴天、夜间或晴天日落2h后;

(4)被检测设备周围应具有均衡的背景辐射,应尽量避开附近热辐射源的干扰,某些设备被检测时还应避开人体热源等的红外辐射;

(5)避开强电磁场,防止强电磁场影响红外热像仪的正常工作。

 

套管红外检测诊断故障典型图谱

1、穿墙套管底板过热

图谱说明

上图:穿墙套管热像图,套管底板过热

上图:穿墙母线热像图,底板过热

检测诊断要点

高负荷期间检测可达到最优效果,检测时按一般检测要求进行,以穿墙套管底板为最热点的热像。

分析方法

表面温度判断法、图像特征分析法、同类比较判断法

缺陷类型判断

危急缺陷

热点温度≥130℃或温升δ≥95%。

严重缺陷

热点温度≥90℃或温升δ≥80%。

一般缺陷

温差不超过15K,未达到严重缺陷的要求

缺陷类别

综合致热型

原因分析

磁力线切割闭合的导磁材料,涡流损耗造成局部过热。

检修决策

带电使用远程数码记录仪观察穿墙套管底板是否有异常情况;停电进行检查,打开闭合的铁磁回路或更换为非(低)导磁底板。

 

无功补偿设备红外检测诊断故障典型图谱

并联电容器组电容单元整体发热

图谱说明

10kV电容组热像图,右侧电容单元整体温度高

检测诊断要点

按精确检测要求进行,调节电平为电容器本体温度,温宽范围为3-8K。缺陷电容器整体较正常电容器温度高。

分析方法

图像特征分析法、同类比较判断法

缺陷类型判断

危急缺陷

跟正常电容单元比较,温差≥2~3K

严重缺陷

/

一般缺陷

/

缺陷类别

电压致热型

原因分析

电容器内部有明显局部放电或整体受潮。

检修决策

带电检查,观察电容单元是否有鼓肚、渗漏油现象;停电进行检查,进行电容单元电容量测量,确认缺陷后更换电容单元。

 

并联电容器组电容单元局部温度异常

图谱说明

上图:10kV电容器热像图,局部温度偏高。

下图:10kV电容器热像图,局部温度偏高。

检测诊断要点

检测时按精确检测要求进行,调节电平为电容器本体温度,温宽范围为3-8K。缺陷电容器局部较正常电容器温度高。

分析方法

图像特征分析法、同类比较判断法

缺陷类型判断

危急缺陷

跟正常部位及正常电容单元比较,温差≥2~3K

严重缺陷

/

一般缺陷

/

缺陷类别

电压致热型

原因分析

电容器内部有明显局部放电或整体受潮。

检修决策

带电检查,观察电容单元是否有鼓肚、渗漏油现象;停电进行检查,进行电容单元电容量测量,确认缺陷后更换电容单元。

并联电容器组外熔断器过热缺陷

图谱说明

上图:10kV电容器外熔断器热像图,熔断器整体发热。

下图:10kV电容器外熔断器热像图,熔断器座有明显热点。

检测诊断要点

检测时按一般检测要求进行。以电容器外熔断器为检测重点。以熔丝中部靠电容侧为最热的热像或以熔丝座为最热的热像。

分析方法

表面温度判断法、同类比较判断法

缺陷类型判断

危急缺陷

热点温度≥80℃或温升δ≥95%。

严重缺陷

热点温度≥55℃或温升δ≥80%。

一般缺陷

温差不超过10K,未达到严重缺陷的要求

缺陷类别

电压致热型

原因分析

熔断器内熔丝由于容量不能满足要求或内部接触不良引起发热,且熔断器尾管受潮引起整体过热。熔丝与熔丝座之间接触不良引起熔丝座过热。

检修决策

停电进行检查,更换熔断器。

电容器汇流排过热

图谱说明

10kV电容器组热像图,汇流处有明显热点

检测诊断要点

检测时按一般检测要求进行。热点温度分布以汇流线与汇流排连接点为最热点。

分析方法

表面温度判断法、同类比较判断法

缺陷类型判断

危急缺陷

热点温度≥130℃或温升δ≥95%。

严重缺陷

热点温度≥90℃或温升δ≥80%。

一般缺陷

温差不超过15K,未达到严重缺陷的要求

缺陷类别

电流致热型

原因分析

接触不良要求引起发热。

检修决策

停电进行检查,紧固处理。

中压电缆终端局部过热

图谱说明

上图:中压电缆终端热像图。

下图:中压电缆终端热像图。

检测诊断要点

检测时按精确检测要求进行,调节电平为电缆终端本体温度,温宽范围为3-8K,分析时应注意排除均压表面污秽引起发热的原因,缺陷电缆终端伞裙区域过热。

分析方法

同类比较判断法

缺陷类型判断

危急缺陷

与正常相及正常部位比较温差≥0.5~1K或相对温差δ>20%。

严重缺陷

/

一般缺陷

/

缺陷类别

电压致热型

原因分析

电缆终端应力锥部有局部放电。

检修决策

进行带电局部放电试验,确认原因后进行处理。

1.电缆接地线端过热

图谱说明

10kV电缆终端热像图,铜屏蔽、铠装接地点温度分布异常

检测诊断要点

检测时按一般检测要求进行,以电缆终端接地点为中心的发热。

分析方法

同类比较判断法

缺陷类型判断

危急缺陷

/

严重缺陷

与正常相及正常部位比较温差≥5~10K或相对温差δ>20%。

一般缺陷

/

缺陷类别

综合致热型

原因分析

三芯电缆铜屏蔽、铠装接地点接触不良或接线软铜线断股、散股造成发热。

检修决策

进行紧固或更换接地软铜线。

 

配电设备红外检测诊断故障典型图谱

熔断器过热

图谱说明

上图:中间相熔断器温升异常缺陷;

下图:熔断器替用导体过热缺陷。

检测诊断要点

检测时按一般检测要求进行,以熔丝为最热的热像。

分析方法

同类比较判断法

缺陷类型判断

危急缺陷

热点温度≥80℃或温升δ≥95%。

严重缺陷

热点温度≥55℃或温升δ≥80%。

一般缺陷

温差不超过10K,未达到严重缺陷的要求

缺陷类别

电流致热型

原因分析

熔断器熔丝配置不合理,载流量不能满足要求或内部散股、断股。

检修决策

停电检查,更换熔断器。

负荷开关出线端子过热

图谱说明

上图:10kV负荷开关热像图,进线接线柱(右侧)有明显热点

下图:10kV负荷开关热像图,出线接线柱(右侧)有明显热点

检测诊断要点

高温高负荷期间检测可达到最优效果,检测时按一般检测要求进行,以隔离开关接线板为中心的热像。热点温度与负荷电流大小关系明显,成正比。

分析方法

表面温度判断法、同类比较判断法

缺陷类型判断

危急缺陷

热点温度≥110℃或温升δ≥95%。

严重缺陷

热点温度≥80℃或温升δ≥80%。

一般缺陷

温差不超过15K,未达到严重缺陷的要求

缺陷类别

电流致热型

原因分析

接线柱接触不良,电流效应引起发热。

检修决策

停电进行回路电阻测试,并进行紧固处理。

配电变压器套管温度分布异常

图谱说明

10kV配电变压器热像图,高压套管(右2)温度上部偏低

检测诊断要点

按精确检测要求进行,调节电平值与套管温度一致,温宽范围为5-10K,缺油套管有明显上低下高梯度温度差异分布,且梯度分界线呈水平。与变压器负荷电流关系不明显,但与主变本体温度及环境温度之间的相对温差关系明显,温差越大,分界面温度差别越大。

分析方法

图像特征分析法、同类比较判断法

缺陷类型判断

危急缺陷

油位低于套管上部第1瓷裙。

严重缺陷

油位高于套管上部第1瓷裙。

一般缺陷

/

缺陷类别

/

原因分析

套管安装、检修时没有进行充分排气,气体留在套管内部造成温度分布异常。

检修决策

停电检查,进行排气处理。

 

典型案例:

35kV电缆护层接地缺陷

1 缺陷概况

某110kV变电站在进行红外测温时,发现2号主变35kV侧电缆红外热像异常,如图1、图2所示。

       

 

图1电缆靠主变侧红外图        图2电缆靠断路器侧红外图

SP01:37.8℃;SP02:23.0℃;SP03:25.5℃       SP01:47.7℃;SP02:25.4℃

从电缆靠主变侧红外热像图(图1)分析,电缆头呈现出以护层接地连接处为中心的热像,A相发热最为明显,热点温度达到37.8℃,电缆靠420断路器侧红外热像图(图2)显示,接地螺栓发热达47.7℃,根据DL/T 664-2008《带电设备红外诊断应用规范》判断缺陷类型为严重缺陷。

2 原因分析

带电对电缆护层接地电流进行检测,测试结果见表1,护层接地电流随负荷电流上升成比例增大,当负荷电流上升至175A时,护层接地电流达到55A,为负荷电流的31%(国家电网公司电力设备带电检测技术规范要求接地电流与负荷电流比值小于20%)。

表1 电缆护层接地电流及负荷电流表

测试时间

接地电流(单位:A)

负荷电流(单位:A)

A

B

C

A

B

C

4月17日18:55

42

41

51

128

123

127

4月17日19:14

45

41

49

132

129

132

4月17日19:40

61

55

60

173

175

177

缺陷原因为当单芯电缆线芯流过交变电流时,交变电流的周围必然产生交变的磁场,形成与电缆回路相交链的磁通,也必然与电缆的金属护层相交链,因此,在金属护层上将会产生感应电动势。当电缆护层两端接地时,金属护层的自阻抗、接地点间的导通电阻、接地线的接触电阻等形成电气闭合回路,感应电势作用其上必然形成感应电流。感应电流的大小与负荷电流、电缆长度成正比,与回路中的总阻抗成反比。当电缆护层仅单点接地时,感应电流为零。本例中,电缆护层接地电流较大,且接地点接触不良,造成发热。

根据GB 50217-2007《电力工程电缆设计规范》,单芯电力电缆的金属层上任一点非直接接地处的正常感应电势最大值应满足:未采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时,不得大于50V,除此之外,不得大于300V。单芯电缆线路不长,且正常感应电势满足上述要求时,应采取在线路一端或中央部位单点直接接地。单芯电缆线路较长,单点直接接地方式无法满足正常感应电势不大于300V(或50V)的要求时,水下电缆、35kV及以下电缆或输送容量较小的35kV以上电缆,可采取在线路两端直接接地。除上述情况外的长线路,宜以交叉互联接地。本例中,电缆型号为YJV-35-1×300,长度为55米,经计算最大负荷电流下该电缆的金属护层最大感应电动势小于50V,按电缆设计规范要求,应选择单端接地方式,而现场该电缆两端均设有护层接地线。电缆护层接地方式错误是发热的根本原因。

后将电缆一端接地线拆除,护层接地方式由两端接地改为单端接地后,发热缺陷消除。

3 结论

电缆头应作为红外测温的重点部位,对缺陷设备红外热像图的分析应考虑设备结构并综合运用其他检测手段,红外诊断技术与护层接地电流检测综合应用是检查电缆接地系统是否正常的有效手段。

 

10kV刀闸过热导致主变跳闸

1 缺陷概况

某220kV变电站在进行全站一次设备红外测温时,发现#2主变10kV低压侧出口3203隔离开关C相红外热像异常,如图1所示:

图1 发热的隔离开关刀口热像图

从红外热像图(图1)分析,最热点在隔离开关动静触头连接处,最热点温度52.3℃,负荷电流为278A。根据DL/T 664-2008《带电设备红外诊断应用规范》判断缺陷类型为一般缺陷,初步判断为可能原因为动静触头接触不良或触指弹簧老化压力。随后进行了定期追踪测试,由于该变电站10kV负荷不大,发现热点温度一直较稳。

3203隔离开关型号为GN22-10,额定电流3150A,2000年12月出厂投运。

2 跳闸经过及运行情况

缺陷发现后,由于该变电站#2主变及附属设备下月有停电改造计划,且该缺陷为一般缺陷,为避免重复停电,没有立即要求停电消缺,而是在停电前进行红外追踪检测,随后进行的定期追踪测试发现热点温度一直较稳。月底该变电站在进行远方投入10kVⅡ母Ⅱ-3C电容器组合开关时,#2主变差动动作跳开#2主变三侧开关,10kV二段失压,跳闸时高压侧电流A、B相电流600A左右(一次),中压侧三相电流在1900A左右(一次),故障持续时间约70ms。

3 原因分析

    3203隔离开关本体存在严重的质量问题是造成本次主变跳闸的主要原因:对损坏的3203隔离开关进行材质分析发现所有动、静触头镀层的主要成分为锡,未检测到银,动、静触头基材铜进行电导率检测,T形静触头电导率为71.83%IACS,其它动触头电导率为98.39%、99.14%、94.52%、94.64%IACS,均未达到T2铜电导率的要求,尤其是T形静触头电导率严重偏低。

动静触头接触不良是造成本次主变跳闸的次要原因:主变跳闸前3203隔离开关已经存在明显的过热缺陷。跳闸前Ⅱ母已经带了1组电容器组,在当天进行其他电容器组投切时,稳态负荷电流为测温时的3倍,且投入电容器组时的涌流远大于额定电流,3203隔离开关的过热缺陷在短时间内迅速发展,造成动静触头过热烧坏、分离(见下图2、3)

     

已经损坏的3203隔离开关    过热熔断的动触头左右臂连接螺杆

3 结论

红外测温是目前十分有效的带电检测手段,技术应用成熟,通过它能迅速、准确的的发现设备隐患、缺陷,在发现设备存在缺陷时应及时消缺陷,防止缺陷的恶化、扩大,影响设备的安全稳定运行。

本次主变跳闸事件说明红外测温发现缺陷不能及时消除时,应加强对热点的追踪测试,尤其是当由于系统需要改变运行方式,负荷电流变大时,更应实时监测热点温度变化,防止事故的发生。

 


MrdT April 9, 2023, 5:42 p.m. 收藏文档