電氣工程職稱論文變電站電氣設(shè)備熱故障

　　摘要：電氣設(shè)備的許多故障和事故都是由于本身的過(guò)熱引起，以變電站為例，電氣設(shè)備的熱效應(yīng)是引發(fā)變電站多種故障和異常的重要原因，及早發(fā)現(xiàn)過(guò)熱并排除，可以大大減少電力系統(tǒng)的故障與事故，提高供電的可靠性，保證正常供電。本文以最新的技術(shù)紅外熱成像檢測(cè)作為手段，變電站為背景，淺要地分析了電氣設(shè)備發(fā)熱故障與對(duì)策，為檢修、運(yùn)行、維護(hù)提供了有益的借鑒。

　　關(guān)鍵詞：電氣設(shè)備,過(guò)熱,故障,測(cè)溫,紅外熱成像儀

　　1.電氣設(shè)備熱故障來(lái)源

　　1.1電氣設(shè)備發(fā)熱原因

　　電氣設(shè)備在運(yùn)行的時(shí)候，因?yàn)殡娏鳌㈦妷旱淖饔茫瑢a(chǎn)生鐵損、電阻損耗、介質(zhì)損耗等。由于電氣設(shè)備的導(dǎo)線和連接夾件，以及很多裸露的工作部件，在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中，受環(huán)境溫度變化、污穢覆蓋、有害氣體腐蝕、風(fēng)雨雪霧等自然力的作用，甚至因設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)?shù)纫蛩兀鶗?huì)造成設(shè)備老化、損壞或接觸不良，必將導(dǎo)致接觸電阻增大，漏電流增大和介質(zhì)損耗增大，從而引起相應(yīng)的局部發(fā)熱導(dǎo)致溫度升高。

　　1.2電氣設(shè)備熱故障種類

　　電氣設(shè)備故障可分為兩大類，即外部故障和內(nèi)部故障。外部故障是指長(zhǎng)期暴露在大氣中的各種電氣裸露接頭因接觸不良，或者電氣設(shè)備外表及絕緣破損常常引起過(guò)熱故障。內(nèi)部故障是指封閉在固體絕緣、油絕緣以及設(shè)備殼體內(nèi)部的電氣回路故障和絕緣介質(zhì)劣化引起的故障。

　　2.電氣設(shè)備熱故障分析

　　2.2熱故障原理分析

　　對(duì)于處在設(shè)備外殼內(nèi)部的各種部件，如導(dǎo)電回路、絕緣介質(zhì)和鐵芯等電氣設(shè)備如果發(fā)生熱故障，那么就會(huì)產(chǎn)生不同的熱效應(yīng)，基本包括以下幾種：

　　1、鐵芯和導(dǎo)磁部位因絕緣不良，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不當(dāng)，而造成短路和漏磁，形成局部渦流過(guò)熱。

　　2、絕緣介質(zhì)老化，受潮后，其介質(zhì)損耗增大，則發(fā)熱功率增大，此時(shí)發(fā)熱功率P=U2ωCtgδ，其中C是介質(zhì)的等效電容。

　　3、導(dǎo)電回路的接頭，連接件和觸頭，因接觸不良造成過(guò)度發(fā)熱，其發(fā)熱功率P=I2R，R為接觸電阻。

　　4、電壓型設(shè)備因內(nèi)部元器件缺陷，引起電壓分布異常，其相應(yīng)的發(fā)熱功率也將發(fā)生改變。

　　5、設(shè)備內(nèi)部缺油時(shí)會(huì)產(chǎn)生兩種不同的熱效應(yīng)。一種是缺油時(shí)造成絕緣強(qiáng)度降低，而且引起局部放電，導(dǎo)致發(fā)熱，另一種是缺油的油面處，由于上下介質(zhì)不同，他們的熱溶系數(shù)相差很大而造成熱場(chǎng)分布存有差異。

　　2.3電氣設(shè)備熱故障特征分析

　　2.3.1舉幾個(gè)熱故障原因進(jìn)行分析。

　　1、變壓器內(nèi)部熱故障的診斷

　　對(duì)于那些比較接近設(shè)備外殼，或傳熱途徑較為簡(jiǎn)單、直接的部位發(fā)生過(guò)熱故障時(shí)，還是很有可能利用熱像診斷的，可以結(jié)合油色譜的分析結(jié)果，有針對(duì)性地對(duì)變壓器整體進(jìn)行溫度分布的檢測(cè)。根據(jù)熱像檢測(cè)結(jié)果可分部位分析，從上到下進(jìn)行，先從套管及其引出線接頭到升高座、三相分接開關(guān)、箱體各個(gè)部位及散熱器等。進(jìn)行初步診斷后，可根據(jù)情況處理，必要時(shí)可停運(yùn)放油，進(jìn)入變壓器內(nèi)部觀察以準(zhǔn)確定位故障;也可以采用吊罩后進(jìn)行空載和短路試驗(yàn)，并用熱像再檢測(cè)的方法進(jìn)行進(jìn)一步確診。

　　2、變壓器套管缺陷診斷

　　變壓器套管的內(nèi)部缺陷一般有三類，一類是因其絕緣不良而使tgδ增大，其熱像顯示本體溫度高于正常相;第二類是套管內(nèi)部接觸不良，造成接觸電阻過(guò)大而過(guò)熱，引起將軍帽局部發(fā)熱;第三類是因套管泄露或者注油時(shí)氣未排盡而造成的缺油現(xiàn)象，其熱像顯示是在無(wú)油處溫度偏低，且可顯示缺油界面。

　　3、斷路器動(dòng)靜觸頭接觸不良的診斷

　　斷路器動(dòng)靜觸頭接觸不良的故障，其熱像特征顯示為頂帽下部溫度Td最高，下法蘭的溫度Tf次之，瓷套溫度Tc最低;在進(jìn)行相間比較時(shí)，若溫度比正常相相差高10K的應(yīng)判斷為有缺陷。

　　4、隔離開關(guān)的動(dòng)靜觸頭接觸不良診斷

　　隔離開關(guān)動(dòng)靜觸頭接觸不良的熱像特征是刀口溫度高。判定無(wú)缺陷的標(biāo)準(zhǔn)是通過(guò)相間比較，溫差不應(yīng)大于2K。

　　5、電容型電壓互感器內(nèi)部故障診斷

　　電容型電壓互感器的內(nèi)部故障包括電容器內(nèi)部缺陷和中間變壓器內(nèi)部缺陷。他們正常的熱像特征是三相溫升與溫差都不大，本題溫度分布均勻，不應(yīng)有局部過(guò)熱現(xiàn)象。其內(nèi)部故障的診斷采用相間比較，即相間溫差(對(duì)于35kV及以上設(shè)備)不應(yīng)超過(guò)2K。

　　6、電流互感器內(nèi)部故障診斷

　　電流互感器的內(nèi)部故障主要是內(nèi)部連接接觸不良和絕緣介質(zhì)缺陷兩類。當(dāng)設(shè)備正常時(shí)，熱像特征是三相溫升溫差均很小，當(dāng)不考慮外部風(fēng)力對(duì)流冷卻的作用時(shí)，對(duì)于35kV及以上的設(shè)備，其整體最大相間溫差只在1.3K左右，而實(shí)際運(yùn)行的戶外設(shè)備，由于微風(fēng)對(duì)流經(jīng)常存在，故相間溫差更微小。故在診斷電流互感器內(nèi)部是否存在絕緣缺陷時(shí)，采用相間比較法;若內(nèi)部連接接觸不良時(shí)，可能引起溫升，導(dǎo)致其相應(yīng)的局部表面過(guò)熱，可達(dá)數(shù)十度，考慮到互感器頂帽內(nèi)外部溫差可能達(dá)30~45K，所以判斷電流互感器內(nèi)部連接不良的最高外部溫度值應(yīng)在55℃以下。

　　7、避雷器故障診斷

　　避雷器一般是金屬氧化物避雷器，在正常運(yùn)行時(shí)他們都有輕微發(fā)熱的元器件，是氧化鋅元件本身。

　　盡管因電壓等級(jí)不同，串聯(lián)元件數(shù)目不同，且各種元件結(jié)構(gòu)相異，但他們的熱像特征還是有共同之處的。在正常運(yùn)行時(shí)，它們的發(fā)熱量都不大，特別在戶外自然冷卻條件下，避雷器本體溫升很小，比周圍環(huán)境溫度高得很少，其熱場(chǎng)分布均勻，同一相設(shè)備的溫度相當(dāng)均勻，或呈現(xiàn)上下兩端溫度稍偏低，而中部稍高的現(xiàn)象，但總的最大溫差僅在1K范圍內(nèi)，相間的溫差也很小。

　　8、電容器內(nèi)部故障診斷

　　電力電容器用途多、種類多，但按其結(jié)構(gòu)可分為兩大類，一類為鐵殼封裝的扁方體，其介質(zhì)損耗功率較大，表面溫升較高，它的熱像特征是最高溫度分布在大側(cè)面的2/3高度處;另一類為瓷套封裝的圓形體，介質(zhì)損耗因數(shù)小，溫升不高，其最熱溫度是接近頂部，當(dāng)串接后，它們的溫度分布是上節(jié)低，下節(jié)高，判別缺陷的方法用相間比較或同類型設(shè)備比較法，它們相對(duì)應(yīng)部位的溫差應(yīng)在1.5K左右或者更低，耦合電容器也屬此類型;當(dāng)耦合電容器上、中部出現(xiàn)明顯的溫度梯度時(shí)，很可能是內(nèi)部缺油。

　　9、瓷絕緣故障診斷

　　瓷絕緣一般分為瓷絕緣子和絕緣支柱兩類。

　　正常的瓷絕緣子串的發(fā)熱很小，它的熱分布與其電壓分布規(guī)律相同，呈不對(duì)稱的馬鞍形，即在絕緣子串的兩端部溫度偏高，向串的中間逐漸減低，溫度是連續(xù)分布，相鄰絕緣子間溫差極小，不超過(guò)1K;當(dāng)絕緣子的性能劣化后，它的絕緣電阻減小，當(dāng)絕緣電阻降為10~300MΩ時(shí)，稱為“低值絕緣子”，當(dāng)絕緣電阻降為5MΩ以下時(shí)，稱為“零值絕緣子”。對(duì)于低值和零值絕緣子，由于它們的絕緣電阻值不同，絕緣子串的電壓分布將發(fā)生變化，其發(fā)熱規(guī)律也有相應(yīng)改變。低值和零值絕緣子熱像的一般規(guī)律是：低值絕緣子熱像特征是鋼帽溫度較高，相鄰片間溫差要超過(guò)1K;零值絕緣子的熱像特征實(shí)現(xiàn)是鋼帽溫度偏低;而當(dāng)絕緣電阻值介于在5~10MΩ之間時(shí)，此時(shí)的熱像顯示往往與正常狀態(tài)的絕緣子不易區(qū)別，也可稱此時(shí)為“檢測(cè)盲區(qū)”，應(yīng)引起關(guān)注;對(duì)于污穢瓷絕緣子，它的熱像特征表現(xiàn)為瓷盤表面溫度偏高。

　　正常瓷絕緣支柱的熱像征是上部溫度較高，下部溫度較低熱場(chǎng)分布均勻;當(dāng)支柱絕緣劣化時(shí)，其熱場(chǎng)分布將發(fā)生改變，如可能出現(xiàn)上低下高的溫度分布。

　　10、導(dǎo)流元件和設(shè)備外部故障的診斷

　　導(dǎo)通電流用的連接件在電力系統(tǒng)中占有極其重要的地位，包括各種電氣設(shè)備的引出線連接件。導(dǎo)通電流的元件設(shè)備也很多，如各種導(dǎo)線、母線、隔離開關(guān)、熔斷器、穿墻套管、阻波器等，它們的結(jié)構(gòu)都很簡(jiǎn)單，其發(fā)熱機(jī)理主要是由于導(dǎo)體接觸不良引起，絕大部分均屬于外部故障，即使有外殼封閉遮擋，但診斷都屬直觀簡(jiǎn)捷，即它們的過(guò)熱部位就對(duì)應(yīng)于其故障部位，可一目了然。

　　2.3.2實(shí)際案例

　　一次定期紅外測(cè)溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)10kV#4電容器組5C4進(jìn)線電纜接頭一相溫度偏高，C相約43℃，其它兩相約39K，環(huán)境溫度為20℃。通過(guò)紅外熱像儀診斷，可以清楚地觀察到C相電纜接頭溫度偏高。及時(shí)發(fā)現(xiàn)了缺陷，停電并通知相關(guān)班組處理，這是因?yàn)閷?dǎo)電膏涂抹不均勻，接頭接觸不均勻?qū)е隆?/p>

　　3.熱故障對(duì)電氣設(shè)備的危害

　　電氣設(shè)備中使用有大量的各種金屬材料，金屬在高溫狀態(tài)下工作的主要失效形式是蠕變。蠕變產(chǎn)生的變形特色是先由極微小的變形而逐步累計(jì)，漸漸變到一種緩慢穩(wěn)定變形，在這個(gè)過(guò)程中，人們往往不易察覺。當(dāng)此后接著出現(xiàn)的加速變形直到斷裂破壞時(shí)，欲想補(bǔ)救為時(shí)已晚。

　　在電氣設(shè)備中另一大量使用的材料是各種絕緣介質(zhì)材料。絕緣介質(zhì)的壽命隨溫度升高而下降，這些可從它的物理和化學(xué)特性上表現(xiàn)出來(lái)。如絕緣變色、變粘、變脆、變硬，甚至開裂、碳化而完全失效。如經(jīng)常進(jìn)行的絕緣油色譜檢測(cè)，就是通過(guò)絕緣受熱后產(chǎn)生的化學(xué)分解產(chǎn)物來(lái)診斷設(shè)備內(nèi)部的過(guò)熱情況;在設(shè)備故障后的解體檢查中，也可經(jīng)常看到絕緣油顏色變深，或繞組絕緣漆變黑，或絕緣墊呈深色并失去彈性，絕緣油中出現(xiàn)大量碳末，甚至絕緣瓷套開裂爆炸等惡性事故也并不少見。

　　4.預(yù)防電氣設(shè)備熱故障的對(duì)策

　　(1)　提高金具質(zhì)量

　　變電所母線及設(shè)備線夾金具，根據(jù)需要選用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，載流量及動(dòng)熱穩(wěn)定性能，應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。特別是設(shè)備線夾，應(yīng)堅(jiān)決杜絕偽劣產(chǎn)品入網(wǎng)運(yùn)行。

　　(2)　防氧化

　　設(shè)備接頭的接觸表面要進(jìn)行防氧化處理，應(yīng)優(yōu)先采用電力復(fù)合脂(即導(dǎo)電膏)以代替?zhèn)鹘y(tǒng)常規(guī)的凡士林。

　　(3)　接觸面處理

　　接頭接觸面可采用銼刀把接頭接觸面嚴(yán)重不平的地方和毛刺銼掉，使接觸面平整光潔，但應(yīng)注意母線加工后的截面減少值：銅質(zhì)不超過(guò)原截面的3%，鋁質(zhì)不超過(guò)5%。

　　(4)　緊固壓力控制

　　部分檢修人員在接頭的連接上存有誤區(qū)，認(rèn)為連接螺栓擰的愈緊愈好，其實(shí)不然。因鋁質(zhì)母線彈性系數(shù)小，當(dāng)螺母的壓力達(dá)到某個(gè)臨界壓力值時(shí)，若材料的強(qiáng)度差，再繼續(xù)增加不當(dāng)?shù)膲毫Γ瑢?huì)造成接觸面部分變形隆起，反而使接觸面積減少，接觸電阻增大。因此進(jìn)行螺栓緊固時(shí)，螺栓不能擰得過(guò)緊，以彈簧墊圈壓平即可，有條件時(shí)，應(yīng)用力矩板手進(jìn)行緊固,以防壓力過(guò)大。

　　(5)　工藝程序

　　制定連接點(diǎn)安裝的技術(shù)規(guī)范程序。根據(jù)造成連接點(diǎn)過(guò)熱的不同類型，制定不同的工藝規(guī)程。安裝時(shí)，嚴(yán)格按照規(guī)程進(jìn)行。

　　(6)　檢測(cè)措施

　　對(duì)于運(yùn)行設(shè)備，運(yùn)行值班人員要定期巡視連接頭發(fā)熱情況。有些連接點(diǎn)過(guò)熱可通過(guò)觀察來(lái)確定，比如運(yùn)行中過(guò)熱的連接點(diǎn)會(huì)失去金屬光澤，導(dǎo)體上連接點(diǎn)附近涂的色漆顏色加深等。

　　5.總結(jié)

　　此文發(fā)表自己對(duì)電氣設(shè)備故障的一些看法，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并解決問(wèn)題才是本文的目的。能及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷或者問(wèn)題的所在，才能有效地預(yù)防，是保障設(shè)備以及系統(tǒng)穩(wěn)定的前提之一。

　　變電站電氣設(shè)備在運(yùn)行中由于種種原因經(jīng)常出現(xiàn)部位發(fā)熱，特別是在一些設(shè)備老、負(fù)荷重的變電站，此類問(wèn)題相當(dāng)突出。設(shè)備接頭發(fā)熱嚴(yán)重地影響了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，尤其在負(fù)荷高峰時(shí)，設(shè)備停電處理比較困難.對(duì)發(fā)熱不十分嚴(yán)重的設(shè)備，只有加強(qiáng)監(jiān)視堅(jiān)持運(yùn)行;發(fā)熱比較嚴(yán)重的設(shè)備，一般采取轉(zhuǎn)移負(fù)荷或安排停電處理。因此，分析電氣設(shè)備發(fā)熱的原因和提出預(yù)防措施，對(duì)保證變電站電氣設(shè)備的安全運(yùn)行和可靠供電有重要意義。