基于红外测温的变电设备发热缺陷的案列分析

吴仕兵 王佳 汪志浩

1 引言

变电站内电气设备的发热故障是变电设备常见故障之一，故障的存在会导致通流设备电阻的增大，电能损耗的增加，绝缘材料性能的下降，及时发现和检修处理可以避免电网火灾的发生，确保电网安全稳定运行。

2 变电设备红外测温实例分析

本文调查统计了所在公司管辖的发热缺陷报告27起，从统计的发热缺陷可知，110kV变电站内电气设备发热缺陷主要发生在变电一次设备的以下部位：

通流设备的本体，如电容器组串联电抗器、主变高低压侧穿墙套管、母线压变等设备的本体;变电站一次设备与金属部件的接头和设备线夹，如主变高低压侧套管柱头和接头，分段母线分相接头，分支线电流互感器分相内连接（线路侧）等;隔离开关刀口和转头部位，断路器动静触头等部位。

下面以一个具体的发热缺陷的案例进行分析，并给出具体的检修和处理方案。

该发热缺陷部位位于110kV变电站1号主变10千伏侧穿墙套管AB相和BC相之间钢板，其红外测温成像图片如图1a所示，其对应的可见光下设备位置如图1b所示。测温时运行电压为10kV，负荷电流为2018.8A，环境温度为23℃。

检测中发现R1区域最高温度为99.7℃，R2区域最高温度为91.4℃，R3区域的最高温度为50.0℃。A相套管与B相套管和B相套管与C相套管之间钢板均有较高温升，与正常部位相比，温差达49.7K，属于严重缺陷，需及时安排处理。

基于发热部位不是带电导体，且红外成像均匀，考虑由于钢板涡流损耗的上升而致热。穿墙套管中穿过交变电流时会在钢板上形成闭合磁路形成涡流损耗，损耗随着电流的增加而增加。为了避免钢板过热而使套管绝缘介质老化影响套管的绝缘性能，及时安排停电检修处理，处理时更换材料性能良好的钢板，为了使钢板中的磁通不形成闭合磁路，同时在钢板上切缝，并且用非导磁金属材料补焊切口。使钢板中的磁通明显减弱，涡流损耗大大下降，同时也保证了钢板的支持强度，使钢板保持了完整性。

3 变电设备发热缺陷的理论分析

根据物理定律，设备连接部位的发热功率可以用以下数学公式表示：

其中：I—为流过设备的电流（安培）;

Rj—为连接处的接触电阻（欧姆）;

而Rj的大小可以由以下的公式决定：

其中：F—表示接触压力（公斤）;

k—该系数与设备连接所用的材料和连接时接触面积的大小有关;

n—该系数与设备连接方式有关;

其中：Rj0—零摄氏度时电阻的大小;

—接触金属的电阻温度系数（）;

—工作时的温度;

从公式1、2、3中可知，设备的发热现象的发生与诸多因素有关，负荷电流的变化、连接件所用的材料和接触面积的大小、固定螺栓压力过紧或过松等。可以采取以下相对应的措施来避免此类发热缺陷的发生，如提高部件的装配工艺打磨光滑接触面;用力矩扳手紧固螺栓连接处;将原有的单杆单孔连接设计改型为抱箍接线方式;除了对通流设备连接部位的铜进行搪锡工艺处理外还可以用较薄的铜铝过渡片过渡后连接。

上面对设备连接处发热缺陷进行了理论的分析，主要讨论了外部故障发热缺陷的原因。对于设备内部故障发热缺陷的产生，一般是由于设备内部零件的损坏导致。一方面内部零件的损坏会导致内部零件接触不良，如变压器铁芯、绕组接触不良，根据公式1可知，会导致通流设备过热缺陷的发生。另一方面由于器件绝缘介质损耗的增加也会导致内部发热缺陷的产生，如下面表达式：

其中：U2—设备运行的电压（V）;

—交变电压的角频率;

—介质的等值电容（F）;

—绝缘介质的损耗因数;

从公式4中可知，设备内部绝缘介质的损坏产生的过热效应与运行电压、电压频率和介质损耗有关。从红外测温的案例中可知有以下绝缘部件的损坏而导致过热现象的发生：结缘介质的老化和污染（变压器油等液体介质被氧化或杂质的进入）而自身产生的损耗过大;设备部件本身性能的不足和制作工艺的不符合标准;设备内部设计的缺陷、工作环境的不良产生涡流损耗过大而引起的过热现象等。

4 总结

本文从110kV变电站电气设备红外测温的应用案列中，指出110kV变电站电气设备的常见发热缺陷部位，并分析设备发热现象产生的原因，给出具体的检修实施方案。对110kV变电站电气设备的红外测温应用的研究，增强了变电设备检修人员的业务能力，提升了变电站电气设备的管理水平，对变电检修专业良性发展具有重大意义。

参考文献：

[1]陆晓晗.关于电力变电站运行设备发热问题探讨[J ].科技资讯，2015.NO.12：125.

[2]陈晖婷.红外测温诊断技术在变电运行维护中的应用[J].电力讯息，2017年6月上：204-205.

[3]王靖宇.红外测温技术在变电运维工作中的应用研究[D ].天津大学，2015.

[4]阚泽，黄道均，刘瑜.变电设备接頭发热原因分析及对策[J].山东电力技术，第43 卷（总第224 期），2016年第7期：29-33.

[5]帅勇，胡峰，朱悌峰.常德电网变电设备导电回路过热缺陷原因及对策分析[J].高压电器，第50卷第5期，2014年5月：120-125.