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1、 测温设备在变电站中的应用分析 Hessen was revised in January 2021 测温设备在变电站中的应用分析 摘 要:变电站高压导流设备发热，是电力系统中常见的问题，利用高科技红 外成像仪对变电站高压设备进行红外测温，可以及早为变电站高压设备预警。本 论文从红外成像仪在变电站的应用效果、存在的问题、测温关键环节等几个方面 进行分析，以利于更好的开展红外成像测温工作。关键词:变电站 测温 应用 分析 引言 变电站高压设备导流部位发热，是电力系统中常见的问题，在高温炎热，电网方式发生改变用电负荷突增等情况下，问题尤为突出。设备过温如果不能及时发现，而任其发展下去，将会造成设备
2、损毁，轻则造成用户供电中断，重则导致全站失压等严重后果。因此，及时发现并处理设备过热对保证电网和设备安全运行是非常重要的。1 黄石供电公司测温方式的发展 巡视目测法 在上世纪九十年代以前，受技术条件的限制，黄石供电公司运行人员对于变电站设备过热仅仅通过巡视目测来发现问题。主要方法有：（1）雨后比较设备上雨水蒸发程度来判断设备是否发热；（2）冬季观测设备积雪融化程度来判断设备是否发热；（3）正常巡视时观测引线接头是否因为发热而变色。这种原始的目测手段需要运行人员具有较高的工作经验和工作责任心，在发热初期往往不能及时发现设备存在的问题。即使能够确认设备过热，但其发热程度也不能通过数据来量化。1.2
3、 试温腊片法 该方法是在电力设备最易发热的关键部位放置试温片，当设备温度超过试温 片的熔点后，试温腊片融化滴落下来。但这种测温方法具有很大的局限性，隔离开关、断路器、电流互感器、主变套管等诸多设备的引线接头、设备线夹均是发热的关键部位，若想覆盖全站所有设备的关键部位，对变电检修人员和变电站值班人员来说，劳动强度将大大增加。表 1 为 220KV 姜家垅变电站主要设备及关键发热点放置试温腊片数量的统计。表 1 220KV 姜家垅变电站主要设备测温点数量统计 主要设备名称 总数（台/组）腊片放置位置 关键点数量（个）断路器 51 断路器两侧引线线夹 307 隔离开关 188 隔离开关断口、两侧引线
4、线夹 1692 电流互感器 51 电流互感器两侧引线接头 307 主变套管 9 套管引线线夹 27 电容器 10 电容器套管线夹 30 合计 2363 Reytek 红外点温仪测试法 设备过温缺陷具有隐蔽性，传统手段无法控制设备过热引发的电网和设备事故。为了解决这个问题，黄石供电公司于 1997 年为运行人员配置了 Reytek 点温仪，它通过红外射线逐点测量，来查找设备过热缺陷。Reytek 点温仪的配置，使运行人员摆脱了传统的目测及试温腊片测温手段，大大提高了运行人员的巡视质量，通过点温仪显示的温度，使发热点可以通过数据来量化发热程度。虽然点温仪测温法革新了变电值班人员的测温手段，但和试温
5、腊片法一样，其作用非常有限。以一个 220KV 变电站为例，其各电压等级的一次导流体均有过热的可能，而 Reytek 点温仪只能逐点测量，它无法完成全站所有一次设备导流体的测温任务。图 1 Reytek 点温仪 红外热成像仪测温法 黄石供电公司红外热成像仪测温法于 2003 年引进，该方法采用红外成像的方式给变电站所有设备进行扫描检查。其直观、寻找发热点准确迅速、覆盖面广的优点无疑是黄石供电公司测温手段的一次革命。虽然运行人员一直以来在与设备过热作斗争，但运行人员并非是变电高压设备测温的专业人员。黄石供电公司引进的唯一一台红外热成像仪由变电检修单位的高压试验人员所使用，运行人员不管是传统的目测
6、还是Reytek 点温仪测量，都是作为高压试验人员红外热成像仪测温的补充。但高压试验人员受其工作性质的限制，测温周期较长（一般半年一次，夏季每月一次），而且不能保证变电站在电网方式改变、用电负荷突增、主要设备大修后、重大社会活动及节日保电等特殊情况下的测温工作，使红外热成像仪这一高科技产品没有得到很好的应用。2011 年 4 月份，黄石供电公司变电运行中心从变电检修中心手中接管了所辖变电站的设备测温工作，并为运行人员配置了3台武汉高德红外有限公司生产的 ThermoPro TP8S 红外成像仪。在 2011 年电网迎峰度夏期间，ThermoPro TP8S 红外成像仪发挥了重要作用，变电运行人
7、员充分利用该型红外成像仪加强设备巡视，截止目前为止，变电运行中心所辖 29 个变电站未发生一起因设备过热引起的设备事故和电网事故，大幅提高了设备供电的可靠性，效果非常明显。图 2 ThermoPro TP8S红外成像仪 2 用好红外热成像仪的关键环节 为了充分发挥红外热成像仪的最大效能，运行人员必须要掌握正确的使用方法。一般先用热成像仪对所有应测设备进行全面扫描，找出热态异常部位，然后对异常部位和重点测量设备进行准确测温，并拍摄热谱图。热成像测温时注意事项 针对不同的检测对象选择不同环境温度参照体。作同类比较时，要注意成像仪与各点之间的方位、距离基本一致。应从不同的角度找出最热点的温度值。记录
8、异常设备的实际电流，发热设备与正常相及环境温度参照体的温度值。所拍摄的热谱图与一次设备的名称编号及相别对应。红外测温的判据 根据测得设备表面温度值，参照DL/T664-1999带电设备红外诊断技术导则有关规定，一般采取相对温差作为测温判据。按公式（T1-T2）(T1-T0)100%算出相对温差值，其中 T1 为发热点温度，T2 为正常相温度，T0 为环境参照体温度。表 1 电流致热型设备的相对温差判据 设备类型 一般缺陷 重大缺陷 视同紧急缺陷 SF6 开关 20 80 95 真空开关 20 80 95 充油套管 20 80 95 隔离开关 35 80 95 其他导流设备 35 80 95 红
9、外热成像测温的周期 红外测温工作应根据季节特点、用电负荷情况、以及设备状况有规律的开展，一般分为计划普测和重点检测两大类。计划普测是指变电运行中心各操巡队按每季度不少于一次的周期对所辖变电站进行热成像测温工作，其测量范围是：所辖变电站所有一次设备导流接头、封闭式设备外壳（如变压器、中置式开关柜），站内重要的二次设备接头、长期运行的主变强油风冷回路接头等。为了防止 10KV 电容器受 AVC 控制未投入运行而出现漏测，测温前工作人员应通知集控中心投入该站全部电容器，待测温结束后恢复 AVC 控制。在夏季迎峰度夏期间，各操巡队应增加普测次数。重点检测则根据运行方式和设备变化，各操巡队自行安排测温时
10、间，按以下 原则掌握：新建、扩建、改建、大修的电气设备在其带负荷后应进行一次测温；上级有明确要求时，如：保电或遇有大范围设备停电（变压器、母线停电 等）前，酌情对将要停电的设备进行测温；长期大负荷的设备应增加测温次数；设备负荷有明显增大或过载时，根据需要安排测温。3 热成像仪在变电站的应用效果 Reytek 点温仪与红外热成像仪测温精度对比 以 220KV 姜家垅变电站为例，笔者对该站运行设备选取5 处不同导流部位，在同一时间、同一环境温度、同一负荷下，利用Reytek 点温仪和 ThermoPro TP8S 红外成像仪分别进行测温数据对比，见表 2。表 2 Reytek 点温仪测温与红外热成
11、像仪测温精度对比 序号 测温部位 点温仪测试温度/红外成像仪测试温度/差值/1 236 刀闸 B 相靠线路侧线夹 92 103 11 2 046 刀闸 C 相动静触头 63 71 8 3 14CTA 相靠开关侧引线接31 32 1 头 4 7#电容器 B 相套管接头 120 150 30 5 14CTA 相靠开关侧引线接头 42 39 3 通过数据比较，ThermoPro TP8S 红外成像仪和 Reytek 点温仪在设备发热不明显时，所测温度差值不大。但是，设备发热程度越高，两者所测数据差值也随之增大，因此红外热成像仪相对点温仪来说，具有更高的测温精度，参照测温判据，对过热设备的缺陷定性更加
12、准确。3.2 几种测温方法使用效果的对比 还是以 220KV 姜家垅变电站为例，2010 年该站运行人员主要通过目测和点 温仪来寻找设备发热缺陷，试温腊片法因点温仪的使用已经淘汰。2011 年变电运行中心为姜家垅变电站配置了热成像红外测温仪，测温工作主要以热成像测温为主。我们依据测温判据，对两年来运行人员通过各种测温方式发现的设备过热缺陷次数进行了统计对比，见表 3。表 3 2010、2011 年姜变运行人员通过不同测温方法发现设备过热缺陷次数统计 测温方式 一般发热缺陷 紧急发热缺陷 重大发热缺陷 巡视目测法 0 0 0 点温仪测温法 6 2 0 热成像测温法 18 0 0 通过数据比较，巡
13、视目测法在高科技测温产品普遍使用的今天已经毫无用武之地，两年来运行人员没有通过此法发现一次设备过热隐患；点温仪由于不能覆盖全站所有设备，其作用有限，以至于未能及时发现设备过热隐患，造成该站2次设备被迫停电；而红外热成像仪覆盖了全站所有室外高压设备，一般过热缺陷发现次数和发现及时率大大提高，在运行人员使用以来，截至目前为止，未发生一起因过热引起的设备临时停电事件。热成像仪的使用体会 在红外热成像仪的使用过程中，我们有如下体会：1）、操作较为简单，设备温度巡检直观方便，ThermoPro TP8S 红外成像仪机身轻巧，1.1Kg 的重量可单人携带操作；采用液晶动态显示方式，实时显示扫描的设备温度图
14、像；人机界面友好，操作人员简单培训后即可胜任操作。2）、以扫描方式探测设备温度，取代 Reytek 点温仪逐点测量模式，大大提高了工作效率。其图像扫描的工作方式可同时探测所扫描范围内的所有设备温度，并自动追踪探测范围内的最高温度。利用ThermoPro TP8S 红外成像仪对一座 220KV 变电站全面巡检一次仅需半小时，在运行人员熟练掌握该型成像仪的使用技巧后，巡检时间还可降低的空间。3）、ThermoPro TP8S 红外热成像仪还有另一个重要功能，可以把发热设备拍摄下来，并以 JPEG 的格式图片文件存储在 SD 存储器中。测温工作结束后，把 SD 存储器内保存的热谱图片传输至计算机，运
15、行人员可通过“红外成像分析软件”作进一步的分析。通过软件分析，可以判断出设备过热部位是安装工艺问题还是材料氧化问题，为设备检修提供更为直观的信息。检修单位可据此提前准备备品备件，达到修必修好的检修要求。图 3 成像热谱图 4）、热成像仪在变电运行中心的推广使用，使运行人员巡视和红外测温实现了同步，设备温度情况掌握及时性大大提高，使用以来，变电运行中心所辖29个变电站共发现设备过温缺陷 58 起，目前已全部进行了检修处理，有效防止了突发性设备事故的发生。4 红外热成像仪在应用中存在的问题 但是我们在使用红外热成像仪的过程中，也发现了诸多问题，具体表现在如下几个方面：1）、运行人员受知识结构和年龄
16、的限制，部分运行职工掌握高科技热成像仪的技能还有待提高，能够利用分析软件对过温设备进行诊断的并提出处理意见的运行人员寥寥可数。在测温过程中，运行人员由于测温方法不正确，往往造成所测数据不精确。2）、由于变电站运行中心所辖变电站实行无人值守管理模式，利用红外热成像仪对所辖 29 个变电站进行全面测温的周期还有待进一步规范。既不能因测温周期过长，造成设备损毁事故，也不能因测温周期过于频繁，增加运行人员的劳动强度或影响操巡队其他工作的开展。3）、变电运行中心各操巡队对历次热成像测温相关数据及资料图像的管理没有引起足够的重视。电力设备过温往往会有一个变化的过程，一般会经历：发展、临界、突变三个阶段。而
17、造成设备过温的因数有：导流体的材质、安装或检修工艺、材料氧化程度、设备是否过载等几个方面。如果没有相关数据的支撑，专业技术人员在分析设备过温原因时往往会出现偏差，造成设备检修后重复发热。4）、红外热成像仪虽然使用效果明显，但是无法透过 10KV 开关柜柜门测量内部设备，这是红外热成像仪在使用中的遗憾之处。6 结语和建议 变电运行中心接管变电站红外测温工作以来，实现了运行人员设备巡视与红外测温工作的同步，充分发挥了ThermoPro TP8S红外热成像仪在生产中的最大效能。通过红外成像分析软件对热谱图像的分析，可以进一步判断出设备过温的原因，使检修单位在设备停电检修之前就可以准备发热部件的备品，
18、避免因准备不充分而延误设备供电。虽然该热成像仪价格昂贵，但相对其在生产中所发挥的作用，显然是物有所值。变电运行中心将不断探索，总结经验和方法，利用红外热成像仪为黄石电网变电设备的安全稳定运行预警，把过温引起的设备隐患消灭在萌芽状态。为了更好的使用红外热成像仪，我们将作如下努力：1）、要把红外热成像仪的使用作为运行人员必备的业务技能进行培训，并鼓励员工考取红外测温相关证书，全面提高运行人员红外测温的业务技能。2）、红外热成像仪价格昂贵，需制定相关制度落实管理、使用及维护等职责。3）、鉴于热成像仪无法透过 10KV 开关柜柜门测量内部设备，在没有引进无线传感测温技术之前，可结合传统的试温腊片测温法，对 10KV 开关柜内部设备易发热部位放置试温腊片，避免 10KV 设备过热失去监控。