電氣工程職稱論文變電站電氣設備熱故障

　　摘要：電氣設備的許多故障和事故都是由于本身的過熱引起，以變電站為例，電氣設備的熱效應是引發變電站多種故障和異常的重要原因，及早發現過熱并排除，可以大大減少電力系統的故障與事故，提高供電的可靠性，保證正常供電。本文以最新的技術紅外熱成像檢測作為手段，變電站為背景，淺要地分析了電氣設備發熱故障與對策，為檢修、運行、維護提供了有益的借鑒。

　　關鍵詞：電氣設備,過熱,故障,測溫,紅外熱成像儀

　　1.電氣設備熱故障來源

　　1.1電氣設備發熱原因

　　電氣設備在運行的時候，因為電流、電壓的作用，將產生鐵損、電阻損耗、介質損耗等。由于電氣設備的導線和連接夾件，以及很多裸露的工作部件，在長時間的運行中，受環境溫度變化、污穢覆蓋、有害氣體腐蝕、風雨雪霧等自然力的作用，甚至因設計、施工不當等因素，均會造成設備老化、損壞或接觸不良，必將導致接觸電阻增大，漏電流增大和介質損耗增大，從而引起相應的局部發熱導致溫度升高。

　　1.2電氣設備熱故障種類

　　電氣設備故障可分為兩大類，即外部故障和內部故障。外部故障是指長期暴露在大氣中的各種電氣裸露接頭因接觸不良，或者電氣設備外表及絕緣破損常常引起過熱故障。內部故障是指封閉在固體絕緣、油絕緣以及設備殼體內部的電氣回路故障和絕緣介質劣化引起的故障。

　　2.電氣設備熱故障分析

　　2.2熱故障原理分析

　　對于處在設備外殼內部的各種部件，如導電回路、絕緣介質和鐵芯等電氣設備如果發生熱故障，那么就會產生不同的熱效應，基本包括以下幾種：

　　1、鐵芯和導磁部位因絕緣不良，設計結構不當，而造成短路和漏磁，形成局部渦流過熱。

　　2、絕緣介質老化，受潮后，其介質損耗增大，則發熱功率增大，此時發熱功率P=U2ωCtgδ，其中C是介質的等效電容。

　　3、導電回路的接頭，連接件和觸頭，因接觸不良造成過度發熱，其發熱功率P=I2R，R為接觸電阻。

　　4、電壓型設備因內部元器件缺陷，引起電壓分布異常，其相應的發熱功率也將發生改變。

　　5、設備內部缺油時會產生兩種不同的熱效應。一種是缺油時造成絕緣強度降低，而且引起局部放電，導致發熱，另一種是缺油的油面處，由于上下介質不同，他們的熱溶系數相差很大而造成熱場分布存有差異。

　　2.3電氣設備熱故障特征分析

　　2.3.1舉幾個熱故障原因進行分析。

　　1、變壓器內部熱故障的診斷

　　對于那些比較接近設備外殼，或傳熱途徑較為簡單、直接的部位發生過熱故障時，還是很有可能利用熱像診斷的，可以結合油色譜的分析結果，有針對性地對變壓器整體進行溫度分布的檢測。根據熱像檢測結果可分部位分析，從上到下進行，先從套管及其引出線接頭到升高座、三相分接開關、箱體各個部位及散熱器等。進行初步診斷后，可根據情況處理，必要時可停運放油，進入變壓器內部觀察以準確定位故障;也可以采用吊罩后進行空載和短路試驗，并用熱像再檢測的方法進行進一步確診。

　　2、變壓器套管缺陷診斷

　　變壓器套管的內部缺陷一般有三類，一類是因其絕緣不良而使tgδ增大，其熱像顯示本體溫度高于正常相;第二類是套管內部接觸不良，造成接觸電阻過大而過熱，引起將軍帽局部發熱;第三類是因套管泄露或者注油時氣未排盡而造成的缺油現象，其熱像顯示是在無油處溫度偏低，且可顯示缺油界面。

　　3、斷路器動靜觸頭接觸不良的診斷

　　斷路器動靜觸頭接觸不良的故障，其熱像特征顯示為頂帽下部溫度Td最高，下法蘭的溫度Tf次之，瓷套溫度Tc最低;在進行相間比較時，若溫度比正常相相差高10K的應判斷為有缺陷。

　　4、隔離開關的動靜觸頭接觸不良診斷

　　隔離開關動靜觸頭接觸不良的熱像特征是刀口溫度高。判定無缺陷的標準是通過相間比較，溫差不應大于2K。

　　5、電容型電壓互感器內部故障診斷

　　電容型電壓互感器的內部故障包括電容器內部缺陷和中間變壓器內部缺陷。他們正常的熱像特征是三相溫升與溫差都不大，本題溫度分布均勻，不應有局部過熱現象。其內部故障的診斷采用相間比較，即相間溫差(對于35kV及以上設備)不應超過2K。

　　6、電流互感器內部故障診斷

　　電流互感器的內部故障主要是內部連接接觸不良和絕緣介質缺陷兩類。當設備正常時，熱像特征是三相溫升溫差均很小，當不考慮外部風力對流冷卻的作用時，對于35kV及以上的設備，其整體最大相間溫差只在1.3K左右，而實際運行的戶外設備，由于微風對流經常存在，故相間溫差更微小。故在診斷電流互感器內部是否存在絕緣缺陷時，采用相間比較法;若內部連接接觸不良時，可能引起溫升，導致其相應的局部表面過熱，可達數十度，考慮到互感器頂帽內外部溫差可能達30~45K，所以判斷電流互感器內部連接不良的最高外部溫度值應在55℃以下。

　　7、避雷器故障診斷

　　避雷器一般是金屬氧化物避雷器，在正常運行時他們都有輕微發熱的元器件，是氧化鋅元件本身。

　　盡管因電壓等級不同，串聯元件數目不同，且各種元件結構相異，但他們的熱像特征還是有共同之處的。在正常運行時，它們的發熱量都不大，特別在戶外自然冷卻條件下，避雷器本體溫升很小，比周圍環境溫度高得很少，其熱場分布均勻，同一相設備的溫度相當均勻，或呈現上下兩端溫度稍偏低，而中部稍高的現象，但總的最大溫差僅在1K范圍內，相間的溫差也很小。

　　8、電容器內部故障診斷

　　電力電容器用途多、種類多，但按其結構可分為兩大類，一類為鐵殼封裝的扁方體，其介質損耗功率較大，表面溫升較高，它的熱像特征是最高溫度分布在大側面的2/3高度處;另一類為瓷套封裝的圓形體，介質損耗因數小，溫升不高，其最熱溫度是接近頂部，當串接后，它們的溫度分布是上節低，下節高，判別缺陷的方法用相間比較或同類型設備比較法，它們相對應部位的溫差應在1.5K左右或者更低，耦合電容器也屬此類型;當耦合電容器上、中部出現明顯的溫度梯度時，很可能是內部缺油。

　　9、瓷絕緣故障診斷

　　瓷絕緣一般分為瓷絕緣子和絕緣支柱兩類。

　　正常的瓷絕緣子串的發熱很小，它的熱分布與其電壓分布規律相同，呈不對稱的馬鞍形，即在絕緣子串的兩端部溫度偏高，向串的中間逐漸減低，溫度是連續分布，相鄰絕緣子間溫差極小，不超過1K;當絕緣子的性能劣化后，它的絕緣電阻減小，當絕緣電阻降為10~300MΩ時，稱為“低值絕緣子”，當絕緣電阻降為5MΩ以下時，稱為“零值絕緣子”。對于低值和零值絕緣子，由于它們的絕緣電阻值不同，絕緣子串的電壓分布將發生變化，其發熱規律也有相應改變。低值和零值絕緣子熱像的一般規律是：低值絕緣子熱像特征是鋼帽溫度較高，相鄰片間溫差要超過1K;零值絕緣子的熱像特征實現是鋼帽溫度偏低;而當絕緣電阻值介于在5~10MΩ之間時，此時的熱像顯示往往與正常狀態的絕緣子不易區別，也可稱此時為“檢測盲區”，應引起關注;對于污穢瓷絕緣子，它的熱像特征表現為瓷盤表面溫度偏高。

　　正常瓷絕緣支柱的熱像征是上部溫度較高，下部溫度較低熱場分布均勻;當支柱絕緣劣化時，其熱場分布將發生改變，如可能出現上低下高的溫度分布。

　　10、導流元件和設備外部故障的診斷

　　導通電流用的連接件在電力系統中占有極其重要的地位，包括各種電氣設備的引出線連接件。導通電流的元件設備也很多，如各種導線、母線、隔離開關、熔斷器、穿墻套管、阻波器等，它們的結構都很簡單，其發熱機理主要是由于導體接觸不良引起，絕大部分均屬于外部故障，即使有外殼封閉遮擋，但診斷都屬直觀簡捷，即它們的過熱部位就對應于其故障部位，可一目了然。

　　2.3.2實際案例

　　一次定期紅外測溫時，發現10kV#4電容器組5C4進線電纜接頭一相溫度偏高，C相約43℃，其它兩相約39K，環境溫度為20℃。通過紅外熱像儀診斷，可以清楚地觀察到C相電纜接頭溫度偏高。及時發現了缺陷，停電并通知相關班組處理，這是因為導電膏涂抹不均勻，接頭接觸不均勻導致。

　　3.熱故障對電氣設備的危害

　　電氣設備中使用有大量的各種金屬材料，金屬在高溫狀態下工作的主要失效形式是蠕變。蠕變產生的變形特色是先由極微小的變形而逐步累計，漸漸變到一種緩慢穩定變形，在這個過程中，人們往往不易察覺。當此后接著出現的加速變形直到斷裂破壞時，欲想補救為時已晚。

　　在電氣設備中另一大量使用的材料是各種絕緣介質材料。絕緣介質的壽命隨溫度升高而下降，這些可從它的物理和化學特性上表現出來。如絕緣變色、變粘、變脆、變硬，甚至開裂、碳化而完全失效。如經常進行的絕緣油色譜檢測，就是通過絕緣受熱后產生的化學分解產物來診斷設備內部的過熱情況;在設備故障后的解體檢查中，也可經常看到絕緣油顏色變深，或繞組絕緣漆變黑，或絕緣墊呈深色并失去彈性，絕緣油中出現大量碳末，甚至絕緣瓷套開裂爆炸等惡性事故也并不少見。

　　4.預防電氣設備熱故障的對策

　　(1)　提高金具質量

　　變電所母線及設備線夾金具，根據需要選用優質產品，載流量及動熱穩定性能，應符合設計要求。特別是設備線夾，應堅決杜絕偽劣產品入網運行。

　　(2)　防氧化

　　設備接頭的接觸表面要進行防氧化處理，應優先采用電力復合脂(即導電膏)以代替傳統常規的凡士林。

　　(3)　接觸面處理

　　接頭接觸面可采用銼刀把接頭接觸面嚴重不平的地方和毛刺銼掉，使接觸面平整光潔，但應注意母線加工后的截面減少值：銅質不超過原截面的3%，鋁質不超過5%。

　　(4)　緊固壓力控制

　　部分檢修人員在接頭的連接上存有誤區，認為連接螺栓擰的愈緊愈好，其實不然。因鋁質母線彈性系數小，當螺母的壓力達到某個臨界壓力值時，若材料的強度差，再繼續增加不當的壓力，將會造成接觸面部分變形隆起，反而使接觸面積減少，接觸電阻增大。因此進行螺栓緊固時，螺栓不能擰得過緊，以彈簧墊圈壓平即可，有條件時，應用力矩板手進行緊固,以防壓力過大。

　　(5)　工藝程序

　　制定連接點安裝的技術規范程序。根據造成連接點過熱的不同類型，制定不同的工藝規程。安裝時，嚴格按照規程進行。

　　(6)　檢測措施

　　對于運行設備，運行值班人員要定期巡視連接頭發熱情況。有些連接點過熱可通過觀察來確定，比如運行中過熱的連接點會失去金屬光澤，導體上連接點附近涂的色漆顏色加深等。

　　5.總結

　　此文發表自己對電氣設備故障的一些看法，能及時發現問題，并解決問題才是本文的目的。能及時發現缺陷或者問題的所在，才能有效地預防，是保障設備以及系統穩定的前提之一。

　　變電站電氣設備在運行中由于種種原因經常出現部位發熱，特別是在一些設備老、負荷重的變電站，此類問題相當突出。設備接頭發熱嚴重地影響了設備運行的可靠性，尤其在負荷高峰時，設備停電處理比較困難.對發熱不十分嚴重的設備，只有加強監視堅持運行;發熱比較嚴重的設備，一般采取轉移負荷或安排停電處理。因此，分析電氣設備發熱的原因和提出預防措施，對保證變電站電氣設備的安全運行和可靠供電有重要意義。