电力设备红外诊断基本原理

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：最终会导致设备的部分功能或全部功能失效。它以局部过热的形态向其周围辐射红外线,各种裸露接头、连接件的热故障,其红外热像图显现出以故障点为中心的热场分布。因此,从设备外部对其相关部位进行红外热像监测分析,是可以诊断出大量设备的内部故障。

1.电力设备与发热升温有密不可分的关系

电力设备在正常运行时,与发热升温有着密不可分的关系,在其故障发展和形成过程中,绝大多数都与发热升温紧密相连。

对于电力设备到处可见的导线和连接件,电力设备的很多裸露工作部件,由于在成年累月的运行中,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,再加上人为设计、施工不当等因素,均会造成设备老化、损坏和接触不良,必将导致介质损耗增大,漏电流增大和接触电阻的增大,从而引起相应的局部发热而温度升高,若未能及时发现而不能及时制止这些隐患的发展,其结局会是因恶性循环而引发连接点熔焊、导线断裂、甚至设备爆炸起火等事故。

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,当它们故障时也会产生不同的热效应,基本包括下面几种:

(1)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=I 2R,R 为接触电阻。

(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=U 2ωC tanδ,其中C 是介质的等效电容。

(3)铁芯和可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。

(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,它们的热容系数相差很大而造成热场分布存有差异,这种状态为红外诊断设备内部的真实油面提供了条件。

2.故障发热对电力设备的危害

设备故障而发热异常,致使设备温度升高,且超过正常值,就设备材料而言,它的强度、稳定性、导电性或绝缘性能都会降低;同时,随着承受高温的时间增长,其各种有关性能将变得越差。最终会导致设备的部分功能或全部功能失效。

电力设备中使用有大量的各种金属材料,金属在高温状态下工作的主要失效形式是蠕变。顾名思义,蠕变产生的变形特色是先由极微小的变形而逐步累计,渐渐变到一种缓慢稳定变形,在这个过程中,人们往往不易察觉。当此后接着出现的加速变形直到断裂破坏时,欲想补救为时已晚。如在输电线路上的导线,要受各种大自然的力、电动力和自重力的作用,其接头或连接件若因缺陷而在较高温度下长时间运行时,它的抗拉、抗压、抗弯强度将越来越低,接头和邻近的导线就会渐渐产生变形,引起接触电阻进一步增大,温度再进一步升高,因而加速了导体的变形和强度的下降。此时,若突然遇到外力的侵袭,必然引起导线的加速断裂。这样的实例在运行中并不鲜见,如在线路巡视中,曾出现过似乎表面上还无异常的接头,突然断线的事故;而锅炉水冷壁管蠕胀爆破的发生也是电力生产之大患。

在电力设备中另一大量使用的材料是各种绝缘介质材料。绝缘介质的寿命随温度升高而下降,这些可从它的物理和化学特性上表现出来。如绝缘变色、变粘、变脆、变硬,甚至开裂、碳化而完全失效。如经常进行的绝缘油色谱检测,就是通过绝缘受热后产生的化学分解产物来诊断设备内部的过热情况;在设备故障后的解体检查中,也可经常看到绝缘油颜色变深,或绕组绝缘漆变黑,或绝缘垫呈深色并失去弹性,绝缘油中出现大量炭末,甚至绝缘瓷套开裂爆炸等恶性事故也并不少见。我们还可以从对各种绝缘材料划分等级的依据是“温度”来看,表12-10表明“温度”的高低是决定绝缘介质寿命的关键。一般可以认为,当材料的工作温度超过它的允许温度10℃左右时,绝缘材料的寿命将降低到原来寿命的一半左右。

表12-10　绝缘材料等级

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3.红外诊断电力设备故障的基本原理

掌握设备在正常运行状态下的发热规律及其表面温度场的分布和温升状况,以此为根据 (此时的设备热像可称为“基础热像”),结合设备结构及传导热能的途径,进一步分析各种设备缺陷及故障状态的热场及温升,再参考其他检测结果,就能较好地对设备有无内部或外部故障进行诊断。

设备故障可分为两大类,即外部故障和内部故障,其基本特征如下:

(1)外部热故障的特征。它以局部过热的形态向其周围辐射红外线,各种裸露接头、连接件的热故障,其红外热像图显现出以故障点为中心的热场分布。所以,从设备的热图像中可直观地判断是否存在热故障,根据温度分布可准确地确定故障的部位。

(2)内部热故障的特征。它的发热过程一般都较长,且为稳定发热,与故障点接触的固体、液体和气体,都将发生热传导、对流和辐射,其中与其相连接的导体,即是良好的导热体,从而将有很多与设备外壳相距不很远的内部故障所产生的热量,不断地到达外壳,改变了设备外表面的热场分布。因此,从设备外部对其相关部位进行红外热像监测分析,是可以诊断出大量设备的内部故障。

电力设备红外诊断基本原理

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