红外测温技术在变压器高压套管故障诊断的应用

陈仁刚，杨荣华，菅有为，崔 勇

（山东电力集团公司检修公司，山东 济南 250021）

0 引言

高压套管作为变压器绕组引线的主要绝缘和固定部件，要求其具有足够的绝缘能力、机械强度，并且能够承受变压器长期通过的负荷电流和瞬间短路电流所产生的电热影响，然而受材质、结构、工艺以及外界环境等因素的影响，套管常常因劣化或损坏，导致电网事故，为了保证其安全运行，需对套管进行预防性试验。 套管预防性试验必须停运主设备，会降低设备的运行可靠性，而且有时因为运行方式的限制无法停运主设备，导致套管无法定期预试。带电检测工作由于可实现对电气设备进行不停电测试，因此极大提高工作效率，其随着检测技术的日益成熟，已广泛的应用于电力系统中。而红外测温技术作为带电检测的一种重要手段，由于具有非接触式测量、不受电磁干扰、测量精度高等优点，对能够通过温度反映出来的缺陷具有较高的检测能力，目前广泛应用于现场检测中，成为开展状态检测的重要手段。

基于红外检测原理，通过开展红外测温技术发现一起变压器高压套管温度分层故障，通过分析判断故障类型为内部渗油缺陷，经现场解体后发现套管底部的尾椎铝制法兰处存在裂纹并有油渗出，从而验证了红外测温的有效性和准确性。

1 红外测温基本原理

由辐射理论可知，一切温度高于绝对零度的物体，都会向外辐射红外线，也同时发射辐射能量。物体温度越高，发射的能量也越大。根据斯蒂芬玻尔兹曼定律，辐射能量可以表示为：

式中：W—发热体发生功率；ε—发射体的黑度（也称发射率）；δ—玻尔兹曼常数；A—发射体表面积，cm2；T—发射体的绝对温度，K。

由式（1）可知，只要知道发射体表面的发射率ε，再检测出红外辐射能量，就可推断出发射体的温度。

表1 套管电气及油务试验结果数据

2 案例分析

2.1 故障发生过程

2012年6月16日晚，某500 kV变电站运行人员在对本站设备进行特巡、红外测温工作中，发现2号主变B相本体高压套管顶部油位计指示与其他主变本体有明显区别，指针位置明显偏低，如图1所示。遂对2号主变高压套管进行红外成像测温，红外成像发现2号主变高压套管上端部位出现明显温升断层，如图2所示，临界面上下温度相差3℃左右（上层温度22℃，下层温度25℃），属于电压致热性故障。根据DL／T 664－2008《带电设备红外诊断应用规范》，电压致热型设备局部温差超过2～3 K即存在缺陷，后对变压器本体进行仔细检查，未发现变压器、高压套管外表面出现渗漏油等明显异常。该变压器2000年12月投运，型号为

图1 油位计指示图

2.2 故障原因分析

为进一步确定故障原因，在主变停电后，工作人员立即对该套管进行了相关的电气和油务试验，试验结果如表1所示。

试验结果可知，套管的绝缘电阻、介损值以及油色谱结果均在规程标准范围内，由此可初步判断该套管内部无放电及过热引起的电气、油务性能变化，从而排除了套管内部绝缘劣化的可能。通过红外测温对三相套管的温度值进行对比发现，A相、C相套管温度分布比较均匀，没有断层现象，而B相套管温度具有明显的断层现象，断层位于套管1／2位置处，且下部温度比上部高3℃，图3所示。

图2 B相套管热像图

图3 A、B相套管热像对比示意图

此外，在外观检查时发现此类高压套管是由3段长度相等的套管黏合而成，并能通过外观辨别出黏合位置。由于断层位置位于套管中间部位，由此可以排除套管发热是由于3节因材质不同而引起，同时也排除了黏合位置处油循环不畅而引发过热的可能。结合套管油位指示偏低且套管外观不存在漏油等现象，最终，工作人员判断套管内部存在渗油缺陷，且由图4可知分界面已下降到油枕内油位位置。

图4 套管与油枕热像对比示意图

2.3 处理措施

为消除缺陷，避免事故的进一步扩大，现场对套管进行拆卸处理，在拆下套管后发现，在该套管底部的尾椎铝制法兰出现5处裂纹环绕分布的机构缺陷，并且有油不断渗出，如图5所示，从而验证了套管内部出现渗油的结论。

图5 缺陷套管示意图

为避免类似情况的发生，经与厂家联系，技术人员建议更换结构改进后的套管，如图6所示，改进后的套管末端不再使用以前的结构，而是采用铜制法兰整体结构，从而起到更好的密封效果。

3 结语

加强设备的状态检修管理，通过开展带电检测以及在线检测等手段，随时跟踪设备状况，基于目前应用广泛的红外测温技术，对变压器套管定期开展红外测温工作，并结合油色谱分析等方法，综合判定设备状态，并制定有效的状态检修策略。

图6 改进后套管示意图

对变压器套管的制造工艺，应严格按照工艺过程进行生产控制，并以技术文件为标准进行各种型式试验和出厂试验，保证设备质量。

在产品的厂内装配及现场安装过程中，严格按照相应作业指导书的规定作业，提高现场安装质量，完全按照安装工艺守则执行，以消除人为因素造成的安装质量问题。

对同型号的家族性产品做好统计工作，并密切跟踪监测，对出现类似缺陷的设备及时处理。

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