电气设备的热故障分析与预防性试验
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摘要对设备的预防性试验和绝缘诊断的最终目的是降低设备的故障率。通过对电气设备的热故障分析，利用红外诊断技术对电气设备的早期故障缺陷及绝缘性能做出可靠的预测，使传统电气设备的预防性试验维修，提高到预知状态检修。
关键词电气设备热故障 预防性试验 绝缘诊断 分析
引言电气设备的使用寿命主要取决于设备内部绝缘材料的性能，对于高压电气设备，绝缘性能的衡量指标有机械性能、电气性能、热稳定性与化学稳定性等。热稳定性的好坏决定着热故障率的高低，而预防性试验又是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节，是保证电力设备安全运行的有效手段之一。因此，减少热故障，并进行预防性试验是保证电气设备安全运行的重点工作。
1、电气设备发热来源及热故障
连接点是指电气设备之间以及它们与母线或电缆之间的电气连接部位。接点过热是电力系统的一个老问题，但随着设备负荷的增加，用户对供电可靠性要求的提高，在设备缺陷管理中成为一个越来越突出的问题，值得我们引起重视，认真研究其发生发展的原因，以便解决问题。
1.1 电气设备发热源。电气设备在工作时，由于电流、电压的作用，将产生电阻损耗发热、介质损耗发热、铁损致热三种热故障。
1.2 电气设备热故障。电气设备的热故障可分为外部故障和内部故障。
1.2.1 外部故障主要原因是长期运行的设备其电气接头暴露在空气中，因接触不良，造成电阻值过大，引起接头发热。外部发热缺陷一般集中在设备的连接点处。
1.2.2 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由于绝缘介质劣化，引起的故障。对于内部故障，根据各种电气设备的内部结构和运行状态，依据传热学理论，分析金属导电回路、绝缘油和气体等引起的传导、对流，从电气设备外部显现的温度分布热像图，就可以判断出各种内部故障。只要按照设备大修标准进行设备解体大修，对触头的各接触面进行检查与打磨，降低内部导电回路阻值，就可以彻底解决。
2、预防电气设备热故障的对策
2.1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，应积极采用铜、铝扩散焊工艺的铜铝过渡产品。
2.2接触面处理。可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%。
2.3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、硬度差，再继续增加压力，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。
2.4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。
2.5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。
2.6提高设备性能。 对到大修年限的设备，有计划进行大修，防止缺陷发生，提高设备寿命，同时对未增容的隔离开关等设备进行增容，满足设备负荷的要求，综合分析变电站及设备老化的情况，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（如空气潮湿、腐蚀严重等）运行的接头螺丝、弹簧垫应更换为铜或不锈钢材质。
2.7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、改变颜色，导体上连接点附近涂的色漆颜色加深等。
2.8红外线检测。 红外检测技术是一种在线监测(不停电)式高科技检测技术，它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身，通过接收物体发出的红外线(红外辐射)将其热像显示在荧光屏上，从而准确判断物体表面的温度分布情况，可以通过温度分布情况分析设备三相接头的温差，将温度升高的部位（接头、线夹），根据当时的环境温度和负荷情况，在检修中与变电站人员巡视检查到的发热部位一起进行针对性处理。
红外诊断技术对电气设备的早期故障缺陷及绝缘性能做出可靠的预测，使传统电气设备的预防性试验维修提高到预知状态检修，这也是现代电力企业发展的方向。利用红外热像技术检测在线电气设备的方法叫做红外温度记录法。红外温度记录法是工业上用来无损探测，检测设备性能和掌握其运行状态的一项新技术。与传统的测温方式(如热电偶、不同熔点的蜡片等旋绕在被测物表面或体内)相比，热像仪可在一定距离内实时、定量在线检测发热点的温度，通过扫描，还可以绘出设备在运行中的温度梯度热像图，而且灵敏度高，不受电磁场干扰，便于现场使用。随着现代科学技术不断发展成熟与日益完善，利用红外状态监测和诊断技术具有远距离、不接触、不取样、不触体，又具有准确、快速、直观等特点，实时地在线监测和诊断电气设备大多数故障。它备受国内外电力行业的重视，并得到快速发展。
2.9导电体相互连接的接触面不平整引起的热故障对策。由于施工质量不高，多次拆卸与组装等原因，都会形成接触面的不平整。电接触面的不平整降低了有效接触面积，在电流经过的实际通流截面积变小，使得电流的收缩效应增加，收缩电阻增大而引发热故障。此类故障属于设备的特定故障，一经处理不易再次出现。预防此类故障的首要措施是在设备安装时严把施工质量关。在施工时可用量具测量电接触面的平整度，力求尽量平整。从严格意义讲，任何接触面都不可能做得绝对平整，因此，新的设备安装时，在电接触面上一般都要求“压花”，在螺栓压紧力的作用下，这些点阵就呈犬牙交错状咬合在一起，从而增大了有效接触面积，这道工序在新安装设备时非常重要，对于日后预防发热有很好的意义，在处理此类发热故障时，有条件也应采用“压花”的方法。
3、预防性试验
预防性试验和绝缘诊断是电力设备运行和维护工作中一个重要环节，是保证电力设备安全运行的有效手段之一，对及时发现、诊断设备的缺陷起到了重要作用。
预防性试验可按试验范围和试验性质分类。
3.1按试验范围分类。
3.1.1 定期试验：这是为了及时发现设备潜在的缺陷或隐患，每隔一定时间对设备定期进行的试验。例如油中溶解气体色谱分析、绕组直流电阻、绝缘电阻、介质损耗因数、直流泄露、直流耐压、交流耐压、绝缘油试验等。
3.1.2大修试验：指大修时或大修后做的检查试验项目。除定期试验项目外，还需做：穿心螺栓绝缘电阻、局部放电、油箱密封试验、断路器分合闸时间和速度、电动机定转子间隙测量等试验，其中有些事机械方面的检查项目。
3.1.3查明故障试验：指定期试验或大修试验时，发现试验结果有疑问或异常，需要进一步查明故障性质或确定故障位置时进行的一些试验，或称诊断试验。例如：空载电流、短路阻抗、绕组频率响应、振动、绝缘油含水量和油介损、压力释放器、氧化锌避雷器工频参考电压试验等。
3.1.4 预知性试验：这是为了鉴定设备的寿命搞清被测设备的绝缘是否还能继续使用一段时间，或者是否需要在近期安排更换而进行的试验，是长期以来人们一直在研究的课题。该项研究可分为两类，一是针对各种绝缘材料；二是针对实际设备的绝缘系统。单纯绝缘材料的寿命模型不能直接运用于实际设备，但对于实际绝缘系统的结构布置、材料选择及老化评估有重要的参考价值。
3.2按试验性质分类
3.2.1非破坏性试验或称绝缘特性试验：使用较低的试验电压或用不会对被测设备绝缘产生累积损伤效应的方法，根据绝缘介质中发生的各种物理过程（极化、吸收、电导等），测量绝缘的各种参数（绝缘电阻和吸收比或极化指数、泄露电流、介质损耗角正切等），以及与极化吸收过程有关的特性（主要表现为电阻―时间的变化规律）和绝缘冷却媒质的一系列其它特性（化学成分、油中水分及气体含量等），从而判断设备的绝缘能力，及时发现可能的劣化现象。
3.2.2破坏性试验或称绝缘耐压试验，是在被测设备上施加高于设备工作电压的试验电压，以求揭示危险性较大的集中性缺陷的存在，并直接检验被测设备的绝缘耐压水平或裕度。耐压试验时，对被测设备绝缘可靠性的考验比较直接和严格，缺点是试验可能给被测设备的绝缘造成一定的损伤，并会导致被测设备的绝缘能力下降和可能恢复的缺陷在试验过程中发展为不可逆转的击穿。
3.3 传统的基本绝缘试验项目包括绝缘电阻、直流泄漏电流、介损、直流耐压和交流耐压试验。通过绝缘性能试验，可定期检测电气设备绝缘性能，预测绝缘状况，推断绝缘老化进程、绝缘油劣化等内部薄弱环节，发现现役设备的隐患，安排消除缺陷的维修计划等，保证设备的安全运行。
结束语 应用红外线检测技术，对提高电气设备的可靠性与有效性，提高运行经济效益，降低维修成本都有很重要的意义，是目前在预知检修领域中一种很好的手段。同时，从绝缘诊断和预防性试验工作的进展过程与试验项目和试验周期来看，电力设备产品质量的好坏，运行中维护的如何，又决定着运行可靠性的高低，试验项目的多少和试验周期的长短。总之，通过红外线技术检测、可预防行试验与检测等可使设备减少故障率，是提高设备使用寿命的有效方法。
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