电气设备红外诊断技术初探

【摘 要】:随着我国电力规模的快速发展,国家对电力生产的安全性、稳定性要求也越来越高,红外诊断技术备受国内外电力行业的重视,通过对红外诊断技术的原理、特点以及电力设备故障的红外诊断的探究,可以使电力设备从传统的预防性检修提高到预知性状态维修,对提高设备运行可靠性、提高电力系统运行经济效益、降低维修成本有着重要的意义。

【关键词】:电气设备 红外诊断 红外检测

中图分类号:TM507 文献标识码:A 文章编号:1003-8809(2010)08-0198-01

随着我国国民经济的稳定发展,电力规模也快速发展,随之而投产建成的大容量机组、500kV、750kV超高压系统的应用使国家对电力生产的安全性、稳定性要求越来越高。因此,电力企业对先进的在线监测设备的投入不断加大,其中,红外诊断技术备受国内外电力行业的重视,并得到快速发展。对提高电力设备运行可靠性、有效度,提高系统运行经济效益、降低检修成本有着重要的意义。红外检测技术的应用是目前在预知检修领域中普遍推广的一种很好手段,又能使维修水平和设备的健康水平上一个台阶。

一、电力设备红外诊断技术原理

众所周知,人体病变往往引起发热、体温升高,医生会根据测得的病人体温配合其他检验结果做出病理诊断。同样,在电力系统中,往往由于产生故障而导致设备不正常的发热,通过监测这种异常温度的变化,我们可以对设备故障做出诊断。红外诊断就是利用红外热像仪对带电设备存在的各种热源分布及变化规律进行测量,并根据设备运行工况及热像、热点数据分析、判断设备的缺陷。

世间万物都会发射人眼看不见的红外辐射能量,并且物体的温度越高,发射的红外辐射能量越强,而许多电力设备故障往往都以设备相关部位的温度或热状态变化为征兆表现出来,因此只要运用适当的红外仪器检测红外辐射能量,并转换成相应的电信号,经过处理就可以获得电力设备表面温度的分布状态及运行情况。根据电力设备的不同性质、不同部位、严重程度会在设备表面产生不同温升,而且有不同的分布特征,经过分析、处理所检测到的运行状态信息,就可以对设备潜伏的故障隐患做出判定。

二、电力设备故障信息与红外探测

由于高压电气设备的诸多故障都以设备热状态异常为征兆表现出来,仅从红外诊断技术的角度来说,电力设备故障可以分为两类。

1.电气设备的外部故障

这类故障是指在设备外部的各部位发生的故障,可以直接从红外监测仪器的视场范围内监测到,很容易直观获得故障部位信息。 例如:长期暴露在大气中的各种电气裸接头因接触不良常常引起过热故障,接触不良的主要原因为:(1) 设备设计不合理;(2) 安装施工工艺不严格,不符合工艺要求,如连接件的接触表面未除净氧化层及其污垢、焊接工艺差、紧固螺母不到位、未加弹簧垫、未拧紧、连接件内导体不等径等;(3)导体在风力舞动下,或外界引起的振动等机械力的作用下,以及线路周期性过载及环境温度的周期性变化,都会使部件周期热胀冷缩,引起连接松驰;(4) 长期在大气环境中工作,因受雨、雪、雾、有害气体及酸、碱、盐等腐蚀性尘埃的污染和侵蚀,造成接头表面材料氧化;(5) 长期运行引起弹簧老化等。由于表面污秽或机械力作用引起绝缘性能降低造成的过热故障。如绝缘子劣化或严重污秽,引起泄漏电流增大而发热。

2.电气设备的内部故障

这是指封闭在固体绝缘、油绝缘以及设备壳体内部的电气回路故障和绝缘介质劣化引起的故障。根据各种电气设备的内部结构和运行状态,依据传热学理论,分析金属导电回路、绝缘油和气体等引起的传导、对流,从电气设备外部显现的温度分布热像图,可以判断出的各种内部故障。

当电力设备故障以热状态表现出来,就要通过红外检测仪将被诊断设备的红外辐射信号转换为电信号,从而做出设备有无故障及故障属性、位置、严重程度的诊断判别。电气设备在工作的时候,由于电流、电压的作用,将产生以下三种主要来源的发热。(1)电阻损耗发热。按照焦耳定律,当电流通过电阻时将产生热能,这是电流效应引起的发热,大量表现在载流电气设备中。(2)介质损耗发热。电气绝缘介质由于交变电场的作用,使介质极化方向不断改变而消耗电能并引起发热。由此产生的发热功率为:P=U2ωCtgδ式中 U――施加的电压;ω――交变电压角频率;C ――介质的等值电容tgδ――介质损耗角正切值。这种发热为电压效应引起的发热。(3)铁损致热。当在励磁回路上施加工作电压时,由于铁芯的磁滞、涡流而产生电能损耗并引起发热。

电力设备热状态与其产生的红外辐射信号之间的规律:(1)辐射的光谱分布规律;(2)辐射光谱的移动规律;(3)辐射功率随温度变化的规律;(4)辐射的空间分布规律。自然界中普遍存在的红外辐射源就是物体的自发热辐射源,不同材料的性质、不同的表面状态、温度、背景状态以及大气效应都对实际物体的红外辐射存在一定影响,在测量时必须做好设备热状态信息检测的相应修正。

三、红外诊断检测及维护

俗话说:“工欲善其事,必先利其器。”要想做好电力设备运行状态的红外诊断,就必须根据需要选择合适的仪器。电力系统现阶段常用的有:红外辐射测温仪、红外热像仪、红外热电视等。在工作中主要是把被测物体表面温度的分布借助于红外辐射信号的形式经接受成像与红外探测器上,再由探测器将其转换为电信号,这个微弱的电信号经过放大器的放大处理最终传送至终端显示器上。在检测中注意消除环境辐射对其的影响,还要正确使用发射率修正。

红外测温仪属贵重物品,要像保护眼睛一样爱护红外检测设备,使红外测温仪保持良好工作态度。红外测温设备应有专人定置管理,存放在阴凉、干燥、无强磁场、震动的环境中,切勿使仪器受潮。作业中不可用手触摸镜头,避免油渍、强酸、强碱接触镜头及设备,禁止将镜头直接对准强烈辐射源,避免将测温仪的激光束射入人眼。定期对其镜头和外壳进行清洁,用镜头纸擦拭镜头,不可干布或嘴清除灰尘。更换测温仪内部电池,并定时对其蓄电池进行充电。

红外诊断技术在电力系统广泛应用后,过去主要靠定期停运检修的制度必将逐步由预报警式的检修制度所代替,如果电气设备的温度一旦出现异常,应根据测出的电气设备的温度和热像图谱,配合运行、检修情况以及其他电气试验进行综合分析,判断缺陷的性质和部位,以便从安全和经济性考虑,及时排除隐患,这样既可防止事故发生,又不盲目停电检修,从而提高了电气设备的可靠性和利用率。