电气工程职称论文变电站电气设备热故障

　　摘要：电气设备的许多故障和事故都是由于本身的过热引起，以变电站为例，电气设备的热效应是引发变电站多种故障和异常的重要原因，及早发现过热并排除，可以大大减少电力系统的故障与事故，提高供电的可靠性，保证正常供电。本文以最新的技术红外热成像检测作为手段，变电站为背景，浅要地分析了电气设备发热故障与对策，为检修、运行、维护提供了有益的借鉴。

　　关键词：电气设备,过热,故障,测温,红外热成像仪

　　1.电气设备热故障来源

　　1.1电气设备发热原因

　　电气设备在运行的时候，因为电流、电压的作用，将产生铁损、电阻损耗、介质损耗等。由于电气设备的导线和连接夹件，以及很多裸露的工作部件，在长时间的运行中，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，甚至因设计、施工不当等因素，均会造成设备老化、损坏或接触不良，必将导致接触电阻增大，漏电流增大和介质损耗增大，从而引起相应的局部发热导致温度升高。

　　1.2电气设备热故障种类

　　电气设备故障可分为两大类，即外部故障和内部故障。外部故障是指长期暴露在大气中的各种电气裸露接头因接触不良，或者电气设备外表及绝缘破损常常引起过热故障。内部故障是指封闭在固体绝缘、油绝缘以及设备壳体内部的电气回路故障和绝缘介质劣化引起的故障。

　　2.电气设备热故障分析

　　2.2热故障原理分析

　　对于处在设备外壳内部的各种部件，如导电回路、绝缘介质和铁芯等电气设备如果发生热故障，那么就会产生不同的热效应，基本包括以下几种：

　　1、铁芯和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。

　　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=U2ωCtgδ，其中C是介质的等效电容。

　　3、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=I2R，R为接触电阻。

　　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，而且引起局部放电，导致发热，另一种是缺油的油面处，由于上下介质不同，他们的热溶系数相差很大而造成热场分布存有差异。

　　2.3电气设备热故障特征分析

　　2.3.1举几个热故障原因进行分析。

　　1、变压器内部热故障的诊断

　　对于那些比较接近设备外壳，或传热途径较为简单、直接的部位发生过热故障时，还是很有可能利用热像诊断的，可以结合油色谱的分析结果，有针对性地对变压器整体进行温度分布的检测。根据热像检测结果可分部位分析，从上到下进行，先从套管及其引出线接头到升高座、三相分接开关、箱体各个部位及散热器等。进行初步诊断后，可根据情况处理，必要时可停运放油，进入变压器内部观察以准确定位故障;也可以采用吊罩后进行空载和短路试验，并用热像再检测的方法进行进一步确诊。

　　2、变压器套管缺陷诊断

　　变压器套管的内部缺陷一般有三类，一类是因其绝缘不良而使tgδ增大，其热像显示本体温度高于正常相;第二类是套管内部接触不良，造成接触电阻过大而过热，引起将军帽局部发热;第三类是因套管泄露或者注油时气未排尽而造成的缺油现象，其热像显示是在无油处温度偏低，且可显示缺油界面。

　　3、断路器动静触头接触不良的诊断

　　断路器动静触头接触不良的故障，其热像特征显示为顶帽下部温度Td最高，下法兰的温度Tf次之，瓷套温度Tc最低;在进行相间比较时，若温度比正常相相差高10K的应判断为有缺陷。

　　4、隔离开关的动静触头接触不良诊断

　　隔离开关动静触头接触不良的热像特征是刀口温度高。判定无缺陷的标准是通过相间比较，温差不应大于2K。

　　5、电容型电压互感器内部故障诊断

　　电容型电压互感器的内部故障包括电容器内部缺陷和中间变压器内部缺陷。他们正常的热像特征是三相温升与温差都不大，本题温度分布均匀，不应有局部过热现象。其内部故障的诊断采用相间比较，即相间温差(对于35kV及以上设备)不应超过2K。

　　6、电流互感器内部故障诊断

　　电流互感器的内部故障主要是内部连接接触不良和绝缘介质缺陷两类。当设备正常时，热像特征是三相温升温差均很小，当不考虑外部风力对流冷却的作用时，对于35kV及以上的设备，其整体最大相间温差只在1.3K左右，而实际运行的户外设备，由于微风对流经常存在，故相间温差更微小。故在诊断电流互感器内部是否存在绝缘缺陷时，采用相间比较法;若内部连接接触不良时，可能引起温升，导致其相应的局部表面过热，可达数十度，考虑到互感器顶帽内外部温差可能达30~45K，所以判断电流互感器内部连接不良的最高外部温度值应在55℃以下。

　　7、避雷器故障诊断

　　避雷器一般是金属氧化物避雷器，在正常运行时他们都有轻微发热的元器件，是氧化锌元件本身。

　　尽管因电压等级不同，串联元件数目不同，且各种元件结构相异，但他们的热像特征还是有共同之处的。在正常运行时，它们的发热量都不大，特别在户外自然冷却条件下，避雷器本体温升很小，比周围环境温度高得很少，其热场分布均匀，同一相设备的温度相当均匀，或呈现上下两端温度稍偏低，而中部稍高的现象，但总的最大温差仅在1K范围内，相间的温差也很小。

　　8、电容器内部故障诊断

　　电力电容器用途多、种类多，但按其结构可分为两大类，一类为铁壳封装的扁方体，其介质损耗功率较大，表面温升较高，它的热像特征是最高温度分布在大侧面的2/3高度处;另一类为瓷套封装的圆形体，介质损耗因数小，温升不高，其最热温度是接近顶部，当串接后，它们的温度分布是上节低，下节高，判别缺陷的方法用相间比较或同类型设备比较法，它们相对应部位的温差应在1.5K左右或者更低，耦合电容器也属此类型;当耦合电容器上、中部出现明显的温度梯度时，很可能是内部缺油。

　　9、瓷绝缘故障诊断

　　瓷绝缘一般分为瓷绝缘子和绝缘支柱两类。

　　正常的瓷绝缘子串的发热很小，它的热分布与其电压分布规律相同，呈不对称的马鞍形，即在绝缘子串的两端部温度偏高，向串的中间逐渐减低，温度是连续分布，相邻绝缘子间温差极小，不超过1K;当绝缘子的性能劣化后，它的绝缘电阻减小，当绝缘电阻降为10~300MΩ时，称为“低值绝缘子”，当绝缘电阻降为5MΩ以下时，称为“零值绝缘子”。对于低值和零值绝缘子，由于它们的绝缘电阻值不同，绝缘子串的电压分布将发生变化，其发热规律也有相应改变。低值和零值绝缘子热像的一般规律是：低值绝缘子热像特征是钢帽温度较高，相邻片间温差要超过1K;零值绝缘子的热像特征实现是钢帽温度偏低;而当绝缘电阻值介于在5~10MΩ之间时，此时的热像显示往往与正常状态的绝缘子不易区别，也可称此时为“检测盲区”，应引起关注;对于污秽瓷绝缘子，它的热像特征表现为瓷盘表面温度偏高。

　　正常瓷绝缘支柱的热像征是上部温度较高，下部温度较低热场分布均匀;当支柱绝缘劣化时，其热场分布将发生改变，如可能出现上低下高的温度分布。

　　10、导流元件和设备外部故障的诊断

　　导通电流用的连接件在电力系统中占有极其重要的地位，包括各种电气设备的引出线连接件。导通电流的元件设备也很多，如各种导线、母线、隔离开关、熔断器、穿墙套管、阻波器等，它们的结构都很简单，其发热机理主要是由于导体接触不良引起，绝大部分均属于外部故障，即使有外壳封闭遮挡，但诊断都属直观简捷，即它们的过热部位就对应于其故障部位，可一目了然。

　　2.3.2实际案例

　　一次定期红外测温时，发现10kV#4电容器组5C4进线电缆接头一相温度偏高，C相约43℃，其它两相约39K，环境温度为20℃。通过红外热像仪诊断，可以清楚地观察到C相电缆接头温度偏高。及时发现了缺陷，停电并通知相关班组处理，这是因为导电膏涂抹不均匀，接头接触不均匀导致。

　　3.热故障对电气设备的危害

　　电气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。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。

　　在电气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，绝缘油中出现大量碳末，甚至绝缘瓷套开裂爆炸等恶性事故也并不少见。

　　4.预防电气设备热故障的对策

　　(1)　提高金具质量

　　变电所母线及设备线夹金具，根据需要选用优质产品，载流量及动热稳定性能，应符合设计要求。特别是设备线夹，应坚决杜绝伪劣产品入网运行。

　　(2)　防氧化

　　设备接头的接触表面要进行防氧化处理，应优先采用电力复合脂(即导电膏)以代替传统常规的凡士林。

　　(3)　接触面处理

　　接头接触面可采用锉刀把接头接触面严重不平的地方和毛刺锉掉，使接触面平整光洁，但应注意母线加工后的截面减少值：铜质不超过原截面的3%，铝质不超过5%。

　　(4)　紧固压力控制

　　部分检修人员在接头的连接上存有误区，认为连接螺栓拧的愈紧愈好，其实不然。因铝质母线弹性系数小，当螺母的压力达到某个临界压力值时，若材料的强度差，再继续增加不当的压力，将会造成接触面部分变形隆起，反而使接触面积减少，接触电阻增大。因此进行螺栓紧固时，螺栓不能拧得过紧，以弹簧垫圈压平即可，有条件时，应用力矩板手进行紧固,以防压力过大。

　　(5)　工艺程序

　　制定连接点安装的技术规范程序。根据造成连接点过热的不同类型，制定不同的工艺规程。安装时，严格按照规程进行。

　　(6)　检测措施

　　对于运行设备，运行值班人员要定期巡视连接头发热情况。有些连接点过热可通过观察来确定，比如运行中过热的连接点会失去金属光泽，导体上连接点附近涂的色漆颜色加深等。

　　5.总结

　　此文发表自己对电气设备故障的一些看法，能及时发现问题，并解决问题才是本文的目的。能及时发现缺陷或者问题的所在，才能有效地预防，是保障设备以及系统稳定的前提之一。

　　变电站电气设备在运行中由于种种原因经常出现部位发热，特别是在一些设备老、负荷重的变电站，此类问题相当突出。设备接头发热严重地影响了设备运行的可靠性，尤其在负荷高峰时，设备停电处理比较困难.对发热不十分严重的设备，只有加强监视坚持运行;发热比较严重的设备，一般采取转移负荷或安排停电处理。因此，分析电气设备发热的原因和提出预防措施，对保证变电站电气设备的安全运行和可靠供电有重要意义。