浅析变电站电气设备热故障

摘要：电气设备的许多故障和事故都是由于本身的过热引起，以变电站为例，电气设备的热效应是引发变电站多种故障和异常的重要原因，及早发现过热并排除，可以大大减少电力系统的故障与事故，提高供电的可靠性，保证正常供电。本文以最新的技术红外热成像检测作为手段，变电站为背景，浅要地分析了电气设备发热故障与对策，为检修、运行、维护提供了有益的借鉴。

关键词：电气设备；过热；故障；测温；红外热成像仪

Abstract: many failures and accidents of electrical equipment are caused due to the overheating, with substation as an example, the thermal effect of electrical equipment is main cause of failure and abnormity in transformer substation, early detection and elimination of overheating, can greatly reduce the malfunction and failure of electric power system, improve the reliability of power supply, ensure the normal power supply. Based on the technology of infrared thermal imaging of the latest detection as a means, substation as background, superficially analyzes the electrical equipment malfunction of heating and countermeasures, and provide a useful reference for the maintenance, operation, maintenance.

Keywords: electrical equipment; overheating; fault; temperature; infrared thermal imager

中图分类号：TG502.34文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

1.电气设备热故障来源

1.1电气设备发热原因

电气设备在运行的时候，因为电流、电压的作用，将产生铁损、电阻损耗、介质损耗等。由于电气设备的导线和连接夹件，以及很多的工作部件，在长时间的运行中，受环境温度变化、污秽覆盖、有害气体腐蚀、风雨雪雾等自然力的作用，甚至因设计、施工不当等因素，均会造成设备老化、损坏或接触不良，必将导致接触电阻增大，漏电流增大和介质损耗增大，从而引起相应的局部发热导致温度升高。

1.2电气设备热故障种类

电气设备故障可分为两大类，即外部故障和内部故障。外部故障是指长期暴露在大气中的各种电气接头因接触不良，或者电气设备外表及绝缘破损常常引起过热故障。内部故障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。

2.电气设备热故障分析

2.2热故障原理分析

对于处在设备外壳内部的各种部件，如导电回路、绝缘介质和铁芯等电气设备如果发生热故障，那么就会产生不同的热效应，基本包括以下几种：

1、铁芯和导磁部位因绝缘不良，设计结构不当，而造成短路和漏磁，形成局部涡流过热。

2、绝缘介质老化，受潮后，其介质损耗增大，则发热功率增大，此时发热功率P=U2ωCtgδ，其中C是介质的等效电容。

3、导电回路的接头，连接件和触头，因接触不良造成过度发热，其发热功率P=I2R，R为接触电阻。

4、电压型设备因内部元器件缺陷，引起电压分布异常，其相应的发热功率也将发生改变。

5、设备内部缺油时会产生两种不同的热效应。一种是缺油时造成绝缘强度降低，而且引起局部放电，导致发热，另一种是缺油的油面处，由于上下介质不同，他们的热溶系数相差很大而造成热场分布存有差异。

2.3电气设备热故障特征分析

2.3.1举几个热故障原因进行分析。

1、变压器内部热故障的诊断

对于那些比较接近设备外壳，或传热途径较为简单、直接的部位发生过热故障时，还是很有可能利用热像诊断的，可以结合油色谱的分析结果，有针对性地对变压器整体进行温度分布的检测。根据热像检测结果可分部位分析，从上到下进行，先从套管及其引出线接头到升高座、三相分接开关、箱体各个部位及散热器等。进行初步诊断后，可根据情况处理，必要时可停运放油，进入变压器内部观察以准确定位故障；也可以采用吊罩后进行空载和短路试验，并用热像再检测的方法进行进一步确诊。

2、变压器套管缺陷诊断

变压器套管的内部缺陷一般有三类，一类是因其绝缘不良而使tgδ增大，其热像显示本体温度高于正常相；第二类是套管内部接触不良，造成接触电阻过大而过热，引起将军帽局部发热；第三类是因套管泄露或者注油时气未排尽而造成的缺油现象，其热像显示是在无油处温度偏低，且可显示缺油界面。

3、断路器动静触头接触不良的诊断

断路器动静触头接触不良的故障，其热像特征显示为顶帽下部温度Td最高，下法兰的温度Tf次之，瓷套温度Tc最低；在进行相间比较时，若温度比正常相相差高10K的应判断为有缺陷。

4、隔离开关的动静触头接触不良诊断

隔离开关动静触头接触不良的热像特征是刀口温度高。判定无缺陷的标准是通过相间比较，温差不应大于2K。

5、电容型电压互感器内部故障诊断

电容型电压互感器的内部故障包括电容器内部缺陷和中间变压器内部缺陷。他们正常的热像特征是三相温升与温差都不大，本题温度分布均匀，不应有局部过热现象。其内部故障的诊断采用相间比较，即相间温差（对于35kV及以上设备）不应超过2K。

6、电流互感器内部故障诊断

电流互感器的内部故障主要是内部连接接触不良和绝缘介质缺陷两类。当设备正常时，热像特征是三相温升温差均很小，当不考虑外部风力对流冷却的作用时，对于35kV及以上的设备，其整体最大相间温差只在1.3K左右，而实际运行的户外设备，由于微风对流经常存在，故相间温差更微小。故在诊断电流互感器内部是否存在绝缘缺陷时，采用相间比较法；若内部连接接触不良时，可能引起温升，导致其相应的局部表面过热，可达数十度，考虑到互感器顶帽内外部温差可能达30~45K，所以判断电流互感器内部连接不良的最高外部温度值应在55℃以下。

7、避雷器故障诊断

避雷器一般是金属氧化物避雷器，在正常运行时他们都有轻微发热的元器件，是氧化锌元件本身。

尽管因电压等级不同，串联元件数目不同，且各种元件结构相异，但他们的热像特征还是有共同之处的。在正常运行时，它们的发热量都不大，特别在户外自然冷却条件下，避雷器本体温升很小，比周围环境温度高得很少，其热场分布均匀，同一相设备的温度相当均匀，或呈现上下两端温度稍偏低，而中部稍高的现象，但总的最大温差仅在1K范围内，相间的温差也很小。