电缆设备发热分析及红外技术的应用研究

许磊磊（广东电网有限责任公司中山供电局，广东 中山 528400）

电缆设备发热分析及红外技术的应用研究

许磊磊
（广东电网有限责任公司中山供电局，广东 中山 528400）

摘要：本文主要介绍了电缆设备发热的成因和危害；并从红外技术原理出发，浅谈红外测温在电缆运行管理中的应用要点，对电缆发热类型及开展红外工作的关键事项发表自己的看法。

关键词：电缆终端；发热；红外监测；电缆运行

1　电缆设备发热的危害

电缆设备发热缺陷主要有三大危害。

1.1 影响载流量。电缆设备发热将直接影响电缆线路的载流量，会使电缆的载流量降低30%~40%，甚至更多。

1.2影响电缆及电缆设备的使用寿命。电缆本体发热会使电缆主绝缘温度升高，加速绝缘老化；降低了充油电缆绝缘油的性能，直接影响电缆终端的使用寿命。

1.3影响电缆安全运行。电缆终端温度过高，可能直接引起电缆终端头爆炸；在高负荷情况下，由于电流作用，电缆设备连接部位发热会被进一步放大，可能导致电缆连接部位熔断，直接影响电缆线路安全。

2　电缆设备的发热来源

总结中山供电局近三年来电缆设备周期性红外测温情况发现，电缆线路发热主要集中在电缆终端、避雷器中间接头及电缆线路设备部件连接处。发热原因剖析，电缆设备在运行时，由于电流、电压的作用，将产生以下2种主要来源的发热。

2.1 电流致热。电流作用引起的发热，主要发热点为电缆设备连接处，电缆出线线掌与金具连接、电缆尾管与接地线连接处、接地线与接地体连接处等。

按照焦耳定律，当电流通过电阻时将产生热能，其发热功率为：

P=KfI²R（W）

式中：P为发热功率（W）；I为电流强度（A）；R为电器或载流导体的直流电阻（Ω）； Kf为附加损耗数 。

发热的功率与运行电流的平方成正比，随着运行电流的增大，发热量将成指数增加，这类发热的红外成像显示主要是某一个点的温度比较高。

2.2 电压致热。电压致热缺陷是指电压作用引起的设备的发热缺陷。电缆线路介质损耗也是发热源之一，由于介质损耗与电压平方成正比，在高压和超高压运行电缆中，该类缺陷更为典型。在电缆终端或接头处，如果局部介质损耗角正切（tgδ）偏大，有可能导致局部区域温度偏高。

由此产生的发热功率为：

P＝U²ωCtgδ

式中：U为施加的电压；ω为交变电压角频率；C为介质的等值电容；tgδ为介质损耗角正切值。

电压致热缺陷具有隐蔽性大，更应引起足够重视。与电流致热缺陷相比，电压致热缺陷的发热点温升有可能不很大，一般仅十几度，但不能因此忽视其潜在的危害性，其绝缘内部存在的缺陷有可能已很严重，在系统允许情况下，应尽快停电将缺陷消除。

3　电缆设备发热原因分析

中山供电局在2014年上半年周期性红外测温中发现多起电缆设备发热缺陷，下面分析两种常见的发热现象。

3.1 110 kV德三甲线出线线夹发热。110 kV德三甲线有多条T接支线，长期负荷200A以上，N47塔至金鲤站段电缆是主线一部分。红外测温时发现，N47塔A相电缆终端出线线夹连接处发热50.3度，正常温度32.6度，局部温差17.7度，线路负荷电流190A。

这类发热主要在设备连接处，发热缺陷原因分析如下：（1）红外分析结果显示为电缆终端出线线夹连接处发热，但由于测试人员距离电缆终端较远，成像不清晰，不能准确判定发热节点和原因，初步判定由于过流引起的局部放热。（2）为了进一步判断发热原因，组织塔上红外测温，测的结果是终端头出线杆线掌与跳线连接处螺丝温度较高，从左上至右下方第三颗螺栓发热最为厉害，并有碳化迹象，所以断定电缆终端出线杆线掌与跳线接触不良，接触电阻过大引起螺栓过流。（3）连续几天负荷一直较大，而发热情况随负荷变化较大，由此更加肯定是由于接触不良导致电流引起的发热。（4）组织带电作业将终端头出线杆线掌与跳线连接处螺丝进行紧固，后测得原发热点温度趋于正常，局部温差降至2.5度左右。

3.2 110kV迪中线电缆终端发热。

110kV迪中线在测温时发现其N11塔A相电缆终端靠底部有两处明显的发热，位于终端的应力锥根部和顶部处，发热点为31.4度和29.2度而正常温度为27度,两处终端伞裙明显发黑，即电场强度变化明显处。

这类型的发热主要在预制式终端预制附件与交联电缆绝缘的界面，在此位置出现温升，主要有以下几种原因：（1）电缆附件本身原因。附件自身质量不过关。（2）电缆主绝缘偏心度过大，电缆生产工艺较差，电缆质量不过关。因此，电缆绝缘应尽量圆整；预制件与交联电缆绝缘界面应有均匀的轴向及径向应力力。（3）电缆主绝缘表面不光滑。由于施工工艺的原因，电缆主绝缘表面打磨不够光滑，影响电缆附件内部绝缘构件的击穿强度。（4）电缆主绝缘外半导体屏蔽层斜坡及断口处理不平整。电缆附件在施工过程中，由于电缆屏蔽层有一定厚度，需要将外半导电屏蔽层均匀过度做斜坡处理，并且屏蔽层的断口要求平整，否则，将会由于这些位置的重复放点引起运行过程中产生局部温升现象。

4　红外监测技术的应用要素

红外监测工作的开展效果与检测人员的技术手段及方法都有密切关系，从检测仪器的调试、现场拍摄到图像的分析及处理都至关重要。因此，我们在了解红外测温仪器工作原理、操作方法的同时，还必须对线路设备的运行模式，结构特点进行了解。结合红红外测温工作中发现问题，总结出红外检测时应注意的一些问题：（1）应带负荷运行。因带负荷运行的电缆设备有电流或电压作用才能发现内部发热情况，能够比较有效的发现设备发热缺陷。（2）拍摄角度应尽量与被测设备垂直，如终端及避雷器，可以避免伞裙影响，也使得成像更加清晰准确。 （3）避免高温下检测设备发热情况。高温情况下，设备发热情况会被环境所掩盖，因此，应在晚上或阴天时进行。（4）测试地点应避免有热浪或辐射的地方，以免对测试及图片分析判断结果造成干扰。（5）测试时，根据仪器情况，可将环境背景调暗，这样发热点可以有效，明显的显现在图像中。（6）当现场发现疑似缺陷时，应多角度、多方位的进行拍摄，综合比较，最大限度地反映缺陷状况。

结语

红外监测技术可以有效的发现设备的发热缺陷隐患，通过对设备发热情况的实时监测，使部分设备缺陷实现可控和在控，同时也使状态检修成为可能。通过有计划的周期性红外检测，尤其是对数量巨大的电缆终端头及避雷器，红外测温技术可以有效的检测设备运行情况，从而实现有计划、有目的的消除隐患，确保电网的安全可靠运行。

参考文献

[1]DL/T596-1996，电力设备预防性试验规程[S]．

中图分类号：TN21

文献标识码：A