換流站一次設備狀態檢測及故障診斷中紅外技術的應用分析

肖黃能

摘要：隨著特高壓直流輸電快速發展，特高壓換流站逐年遞增，直流一次設備也大幅度增加，提高預試定修和運行狀態檢測的效率和故障診斷的質量，是設備的安全穩定運行的保障。而紅外技術是目前應用廣泛，且可靠有效的設備檢測技術，本文就電力設備狀態檢測及故障診斷中紅外技術檢測的故障類型進行闡述，并探究該技術針對特高壓換流站一次設備的具體應用，希望能為換流站設備運維提供參考。

關鍵詞：換流站設備;狀態檢修;故障診斷;紅外技術

由于特高壓直流換流站電壓等級高，電輸電容量大，工程技術先進，很多設備都是進口設備，比較金貴，確保其安全穩定運行特別重要。特高壓電氣設備在運行過程中，都是長期處于大電流、高電壓的狀態下，同時也還承受風吹日曬、潮濕、高溫的惡劣環境條件的影響，很容易發生設備老化劣化等缺陷。而目前紅外技術是在電網應用比較廣泛，而且能夠方便及時掌握設備狀態，全面分析設備數據，能夠有效發現電力設備潛伏性故障，有效檢測設備運行狀態，是一種能夠確保特高壓直流工程長期安全穩定運行的技術。

一、紅外檢測診斷技術的特點

紅外檢測設備依靠紅外儀器，在非接觸狀態下，對被試設備的狀態和各項數據進行測量和采集，不會對設備帶來不良的影響，診斷過程比較簡單迅捷。在進行診斷的時候可以通過設備故障引起的異常紅外敷設以及異常的溫度場來確定，在不改變運行狀態的情況下，監測設備的運行情況和狀態信息，使設備的操作更加的安全。

紅外技術的使用范圍比較廣，效益也比較高，能夠對高壓電氣設備的故障進行檢測，并且能夠實現快速成像，狀態顯示的效率高，具有靈敏性，同時檢測的準確性比較高。同時，紅外技術能夠與計算機分析結合，實現智能化特點，通過紅外成像診斷設備以及微機圖像分析系統、處理軟件等能夠對設備的狀態進行檢測，并且進行處理，還能夠根據設備紅外圖像的參數進行分析，對設備故障屬性、故障部位進行明確，判斷故障的程度。

二、電力設備熱故障分類

（一）外部熱故障

電力設備的外部熱故障，實際上就是設備暴露在外部環境中的部件，出現了發熱的問題，其檢測的難度較小，即工作人員可以利用紅外技術對電力設備的表面熱故障進行檢測，并以此來確定設備出現故障的位置。其中，電力設備中外部部件發生熱故障的因素，是因為設備故障的電阻出現了異常問題，而電阻加大必然會出現發熱的現象。對于設備中電阻加大的因素來說，主要體現在以下幾方面：第一，安裝電力設備或者在生產加工的過程中，其中的部件不符合相關的要求與規范;第二，電力設備中的零件存在老化問題，或者出現了松動的現象;第三，由于電力設備一直處于外部環境中，就會受到很多外界因素的影響，或者接觸面出現氧化、不平整等現象。對此，工作人員就可以使用紅外技術對故障進行檢測，確定其中存在的問題。

（二）內部熱故障

對于運行中的特高壓直流設備，其一直處于封閉狀態，如果設備內部出現發熱，紅外儀器很難檢測出，如果想獲取相關信息，只能根據傳熱學理論，通過觀測其表面熱分布圖來來分析判斷內部故障，這就要求檢測人員需要有較為豐富的經驗。常見的內部熱故障主要有以下幾類，一是直流設備內部出現接觸或連接不良導致接觸電阻增大;二是設備內部結構不合理，引起局部過熱;三是由于設備受潮，絕緣老化劣化嚴重等原因引起內部發熱;四是備設計不合理，導致內部電壓分布不均勻。

三、電力設備狀態檢修及故障診斷中紅外技術檢測的具體應用

（一）換流變套管故障的紅外診斷

換流變套管故障是換流站設備中常見的問題之一，主要的表現包含很多方面，均可以使用紅外技術進行狀態檢測以及故障診斷。例如：某±500kV換流站運維值班人員通過紅外測溫發現極Ⅱ Y/Y A相閥側2.2套管溫度橫向對比其它套管高出10-15℃，人工紅外測溫檢測該套管三分之一處溫度最高達到50℃左右（其余套管溫度為35℃左右）。工作人員使用紅外技術對故障進行檢測，可以確定熱故障的位置，然后結合實際情況，確定進一步故障處置方案。

對套管絕緣故障的處理。對于運行10年以上的換流站一次設備，其絕緣介質會產生受潮、老化等現象，介質發生故障問題的幾率增加，而在發生故障時由于其會出現發熱的特征，所以可以使用紅外技術進行故障檢測，確定其故障的主要位置，助工作人員制定處理方案。

對套管內部放電故障的診斷。在高壓套管設備的運行中，如果出現內部放電的故障現象，其主要原因為：其一在真空處理電容式套管芯子時，會有殘存的氣泡對介質產生不良的影響，進而出現局部放電的問題;其二在制造設備的過程中，電容屏的很多參數不符合相關規定，通常會出現局部放電的問題。在放電以后，套管的溫度就會升高，所以可以使用紅外技術進行故障診斷，制定具有針對性的解決方案。

（二）高壓斷路器故障的熱像特點以及診斷

內部受潮、靜觸頭接觸不良等，均屬于高壓斷路器內部故障的表現。其中，當設備發生受潮問題以后，其主要的故障特征即為整體發熱，如果斷路器耦相之間出現30℃的溫度差，基本上可以斷定發生了內部故障，此時可以使用紅外技術進行全面的檢測，確定具體的故障問題。紅外技術在高壓斷路器外部故障中的應用。當外部的出線頭、觸頭座等出現接觸不良的問題時，就會以接線線頭為中心形成熱圖像，同時其之間的關系具有相對性。為了能夠更加清晰的確定問題原因、解決方案等，就應該使用紅外技術對斷路器進行檢測，從而掌握更加精準的故障參數。

（三）直流穿墻套管故障的紅外診斷

穿墻套管發熱故障集中在載流結構上，主要原因是有以下兩種：一是表帶觸指連接處上下面受力不均導致接觸電阻增大;二是載流導體與表帶觸指安裝不當、觸指連接導體摩擦產生粉末也會造成接觸電阻增大，運行中發生過熱。以云南某換流站400kV直流穿墻套管為例，運行過程中，巡視人員利用紅外測溫發現套管戶外側端部異常發熱達91℃，多次停電處理引線接頭效果不明顯，停電打開套管端部蓋板，發現套管端部載流表帶觸指燒蝕嚴重，銅導管表面有明顯過熱痕跡，最后經過全面診斷分析正是以上兩種原因引起該故障。所以在日常巡視時要加強對穿墻套管的紅外檢測，而在停電預試是要測試穿墻套管回路電阻。

（四）高壓隔離開關故障的紅外診斷

高壓隔離開關故障時，紅外熱像圖特征如下。首先，當引線連接不良時，以故障部位為中心的高溫區為特征，當旋轉球頭存在滑動接觸不良問題時，熱圖像特征為以旋轉球頭為中心的過熱熱圖像。在判斷診斷結果時，結合熱圖像中的最高溫度點，可以確定故障點的位置。隔離開關閉合不好時，存在結構缺陷。在熱圖像中，刀口接觸壓力指是中心。

四、結論

綜上所述，特高壓直流設備狀態檢測及故障診斷工作中，紅外技術有應用效果，工作人員若能實際需求，確定紅外技術的應用方式，就能夠在很大程度上提高換流變套管、直流穿墻套管、高壓斷路器等一次設備檢測與故障診斷的工作效率，為工作人員提供了諸多的便利，并最大程度降低了停電檢修等工作對供電質量的影響，滿足更多電力用戶的需求，提高電網運行的安全性與可靠性。

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