设备运行状态下安全隐患监测系统在电气设备中的应用

于 平 杜春华 李大国 常武权

长庆油田分公司安全环保监督部第一安全环保监督站

连接点是电气设备非常重要的一个关键点，它是电气设备之间以及电气设备与母线或者电缆之间的电气连接部位。连接点过热一直困扰着电力系统的安全运行，电力企业的电气设备往往因为过热而发生故障，造成电气设备绝缘击穿，如电机和变压器线圈绝缘击穿造成停电，变电所及电力线路上的断路器、隔离刀闸等铜铝过度线夹连接处烧断造成停电。随着用电负荷的不断增加，用户对电力供应的可靠性、稳定性的要求越来越高，电气设备的缺陷管理已成为一个不可忽略的问题。

1 电气设备发热原因

电气设备在正常运转时，会因为电流流过电气设备内部导体和线圈产生电阻损耗以及导体内部的电子流动而产生热量。由于电磁场的作用，在铁磁体内部会产生涡流和磁滞损耗，在绝缘体内部会产生相应的介质损耗。但是磁滞损耗和介质损耗最终都基本上转换成热能，这些热能中的一部分会直接使电气设备的温度升高。导致电气设备温度升高的另一个原因是外部原因，根据焦耳定律：Q=I2RT可知设备发热与通过导体的电流平方，导体的电阻R，通过电流的时间T的乘积成正比。其中电流I增大的原因主要是短路和过负荷，电阻R增大的原因有以下4点：一是导体连接部位的压紧螺栓或压紧弹簧的压紧力不足，导致连接部位的压紧螺栓部位的接触电阻增大；二是导体相互连接的接触面不平整，造成接触面的通流量降低、造成正常负荷电阻R增大；三是导体相互连接的接触面氧化、积灰，造成接触电阻增大；四是设备存在制造缺陷，个别环节的电气连接方式不当，造成通流容量较小的“卡脖子”环节。

根据近一年多以来对延安区域内采油一厂、输油一处及水电厂等单位电气设备的监测统计发现，导致电气设备发热的部位主要是连接部位，也就是外部原因，至于短路或过载造成设备本体发热的事例尚没有发现一起，这与油田单位对电力供应的要求高有关系，因为一旦发现供电量增加，变压器或开关、刀闸等超负荷运行，油田公司会很快会增加投资给设备增容，因此电气设备异常发热往往是由于连接不当造成的，因此找到发热点，及时整改，才是保证电力可靠供应的最有效办法。

按照《国家电网公司电力安全工作规程》和《长庆油田分公司水电厂电力安全运行规程》规定，电气设备连接部位发热点一般不得超过70℃，基层电力供应单位如安塞水电大队、顺宁水电大队等对于连接部位达到65℃的发热故障点，一般都作为重大隐患进行跟踪监控，并随时做好紧急缺陷处理的准备。

2 寻找电气连接发热点

为了保证电气设备平稳、可靠的运行，水电厂制定了严格的运行管理制度，要求值班人员每天加强巡视，同时利用站所配备的手握式红外线测温仪每周对电气连接部位进行测温。从各站所每周的运行测温记录来看，值班人员按照厂里的要求均进行了测温，但却很少发现有温度异常的发热部位。

3 设备不停产安全隐患监测系统的应用

设备不停产安全隐患监测系统是一种查找电气设备发热点的重要手段，它由计算机、热成像仪、软件分析系统三部分组成，该监测系统对温度非常敏感，温度感知范围-273℃～+600℃，其原理是利用仪器捕捉电气连接部位发热时产生的红外线来判断设备的故障部位。

3.1 设备不停产安全隐患监测系统查找故障点

从2011年9月份至2013年初，使用设备不停产安全隐患监测系统对水电厂延安区域的变电所、供水站、高压输配电线路进行了认真细致的监测，共测出较大的安全隐患5个，一般性隐患17个，下面是两个重大隐患的案例。

（1）2011年10月20日，监测发现王二供水站3#、4#低压配电柜刀闸A相刀口温度高达184.8℃，远超过70℃的允许温升范围，若开关烧损停电，会造成王窑作业区消防岗和生活水停水，存在严重的安全隐患。对于查出的隐患，安塞水电大队及时安排人员更换了刀闸，刀闸更换后温度基本保持在18℃，符合运行规程要求。

（2）2011年10月24日，监测发现杏河110KV变电所3162-3164刀闸B相T型线夹温度高达69.7℃，已达到了警戒温度，若不及时消除缺陷，线夹烧损停电将会导致整个安塞油田电力供应中断，存在重大的安全隐患。顺宁水电大队对于查出的隐患非常重视，立即上报厂调申请停电更换了线夹，线夹更换后进行了复测，温度正常，隐患已经消除。

3.2 手握式红外线测温仪与设备不停产安全隐患监测系统的性能对比

（1）手握式红外线测温仪的特点。手握式红外线测温仪监测时发出的红点只有绿豆般大小，白天太阳光下很难看清楚红外线究竟照射到了什么部位，只有到了晚上才能看清楚，并且测温时要屏住呼吸，手还不能轻微抖动，否则会出现“差之毫厘、谬以千里”的巨大误差。另外，手握式红外线测温仪检测速度很慢，一般110KV变电所全部检测完需要3个小时左右，35KV变电所全部测完最快也得1.5个小时。

（2）设备不停产安全隐患监测系统特点。监测时不需要刻意对准，只要用镜头对着设备就行，因为该监测系统具有自动捕捉、自动搜索、自动锁定最高温度点的功能，而且监测速度很快，感知温度也很灵敏。现场监测时镜头对着设备一照一大片，若出现异常发热点时仪器会有强烈的反应，这样就能很容易找到发热点，一个隐患也漏不掉，假如监测时没有隐患镜头可以一扫而过。对于110KV变电所这种大型的枢纽变电所，不到5min就可以全部测完，至于35KV变电所和供水站等电气设备，一般只需3min就可以测完。

4 对电气设备热故障的解决思路

通过以上的分析得知，要想解决电气连接部位的发热点故障，一方面要从所用的材料、工艺方面入手，避免使用不合格的产品，同时提高检修及施工质量，从源头上减少发热点故障；另一方面从运行、巡检方面入手，重点使用设备不停产安全隐患监测系统，及时查找电气连接发热点故障，及时排除隐患，以减少意外停电造成的停电停产事故。具体思路如下。

（1）提高材料质量。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，应积极采用先进的铜铝扩散焊接工艺的铜、铝过度产品，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，接头接触面可采用锉刀或砂纸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，然后涂抹电力复合脂（俗称导电膏），对涂抹的电力复合脂应符合标准，一般以0.7～1mm为宜，同时用符合接触面通流要求的螺栓紧固，保证接触面的紧固力量和密封性能。

（3）紧固压力控制。部分检修人员在接头的连接上存有误区，认为连接螺栓拧的越紧越好，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，螺栓不能拧的太紧，以弹簧垫圈压平即可。

（4）提高设备性能。对到大修年限的设备，有计划的进行大修，防止缺陷发生，提高设备寿命；同时对运行时间长，锈蚀严重的刀闸触指弹簧，刀闸帽内部软连接等导电部件进行更换，对长期在恶劣环境（空气潮湿，腐蚀严重）运行的接头螺丝、弹簧垫更换为不锈钢螺丝。

（5）加强巡检。值班人员经常检查电气设备及导线连接部位，对于发热异常的部位可凭借颜色判断，如隔离刀闸或断路器等连接部位异常发热时，发热部位和其它部位的颜色不一样，对涂了相色漆的表面颜色变化更是明显。对于颜色变化的部位，可使用手握式红外线测温仪反复进行检测，一般也能查出故障和隐患。

（6）利用设备不停产安全隐患监测系统测温。每月使用设备不停产安全隐患监测系统对变电所、供水站进行监测，值班人员可根据监测出来的发热点重点跟踪检测，若一旦发现温度持续上升超过允许温度时，可立即申请停电进行处理。因为有了设备不停产安全隐患监测系统的监测结果，会大大缩小值班人员的检测量和工作量，而且该方法操作简单，准确率很高，运行监测时应该重点使用。

近几年来，随着油气生产任务的不断增加，设备负荷逐步加重，各个生产区域对供电的可靠性要求越来越高，设备的发热缺陷在设备缺陷管理中成为一个越来越突出的问题，通过研究电气设备发热原因的形成、查找发热点的方法探索以及解决对策的提出，将从根本上解决或降低发热缺陷的发生率，这对提高供电可靠性，保证长庆油田公司油气生产当量达到5000万吨的宏伟目标来说，将起到重要的保驾护航作用。

[1]国家电网安监.国家电网公司电力安全工作规程（变电站和发电厂电气部分、电力线路部分）.国家电网公司，2005

[2]霍晓东.电力工程标准规范实用全书[M].北京：中国广播电视出版社，2000