2 封闭高压开关设备发热问题的红外成像诊断技术推广交流材料

1、,封闭高压开关设备发热问题的红外成像诊断技术推广交流,目 录,一 成果名称 二 推广范围 三 集团先期使用情况 四 效益测算 五 关键设备或技术 六 技术原理 七 推广方案 八 其它注意事项 九 适用标准,一 成果名称 封闭高压开关设备发热问题的红外成像诊断技术 二 推广范围 建议在集团公司6-35KV封闭高压开关推广使用。,三 集团先期使用情况 带电设备红外诊断是利用红外测温仪器对运行中的电气设备的状态进行监测，诊断是否存在过热性缺陷（故障）以及存在的缺陷性质严重程度，作出结论，提出相应反事故对策。因此它属于设备故障诊断的范畴。由于设备故障监测和诊断技术水平确定了设备维修机制。所以带电设备红外诊断及其它电气设备的状态监测和诊断，使电气设备维修机制从“定期预防维修”逐步走向“状态维修或预知维修”。 带电设备红外诊断技术的应用和推广，已产生明显效果，受到人们重视。技术本身也在不断发展之中，还有许多认识需要进一步完善和提高。,作为电力系统开展红外诊断的推荐性技术标准和工作标准的DL/T664-1999带电设备红外诊断技术应用导则，在国内外没有类似标准的情况下编写完成，为电力单位红外检测的推

2、广和应用，起了极大作用。 导则介绍了电气设备过热性缺陷的成因，并且从热源位置将缺陷划分为外部缺陷和内部缺陷。这两种缺陷在对检测人员素质要求；检测仪器技术性能要求；检测时机要求；检测方法要求；工况判别要求；缺陷性质严重程度的判据等各方面均不相同。因而必须分别检测和处理。而且判断方法不同，不能混淆。所以，两类缺陷要分别组织检测和诊断。,目前生产现场有大量运行中的封闭开关设备由于外壳的阻隔,其红外发热诊断基本没有开展，或者通过外科表面的温度检测来间接估计、判断内部的发热问题，属于定性判别的初步诊断。密闭的高压柜却让红外检查束手无策，由于不能准确的了解柜体内部发热状况，事故就这样在毫无防备的情况下发生。故而检测和监视全封闭的高压开关设备内部的工作温度，尤其是触点、母线排连接等处，提前发现和排除热故障隐患，对电力系统的安全可靠运行非常重要和必要的。,致热效应部位裸露，能用红外检测仪器直接检测出的缺陷称为外部缺陷。,外部缺陷的定义：致热效应部位裸露，能用红外检测仪器直接检测出的缺陷称为外部缺陷。 例如：高压电气设备出线接头、裸露刀闸刀口和触头、T型线夹、母线铜排、穿墙套管；配电线路、高压输电线路的

3、接续管、跳线线夹等设备或部件产生的缺陷。 特点：能直接测量，且检测结果真实反映发热状态。现场检测KL特别大。,致热效应部位裸露，能用红外检测仪器直接检测出的缺陷称为外部缺陷。,内部缺陷的定义：致热效应部位被封闭，不能用红外检测仪器直接检测，只能通过设备表面场温度进行比较、分析和计算才能确定的缺陷。 例如：变压器内部铁芯、线圈、封闭开关内部连接处发热；互感器、避雷器内部发热。 特点：不能直接检测发热真实状态，只能从设备表面间接测定。,近年来，电力系统已发生多起因设备过热而发生火灾和大面积停电事故。据统计分析，我国每年发生的电力事故，有40是由高压电气设备过热所致；而在采用高压开关柜和电力电缆的供电系统中，有70以上的电缆运行故障是因为连接部位接触电阻变大、过负荷等引起接头温度过高所致。因此，对高压开关柜连接点的温度变化进行监测及预警是非常必要的。,根据2004年国家电网公司高压开关运行分析一文中指出：“载流故障主要集中在12-40.5KV中高压开关设备上，存在的问题主要集中在触头过热，引线过热，常扩大为绝缘故障导致过热以至起弧烧坏设备。” 国家电网公司生技2005400号文国家电网公司十

4、八项电网重大事故措施中将“触头、出线座”定为“重点部位”要求指出“特别是重负荷或高温期间加强对运行设备温升的监视，发现问题及时采取措施。”,高压开关触头和母线排连接处处于高电压、高温度、高磁场以及极强的电磁干扰环境中，传统的测温方法如热电偶法、测温探头法、光纤法等易受到这些因素的干扰和影响，因而无法对这些位置进行直接接触测量，从而也就无法真正得到高压开关柜的真实工作状态，以致设备内部局部过热却仍在“带病”运行。 由于传统的测温方法耗时费力,效率低下,然而通过红外窗口测温新技术的开展就显得非常有必要,将内部缺变为外部缺陷，提高可视化既提高了检测的针对性,又节省了大量的人力、物力、财力,而且能对电气设备的安全运行多提供一层保障,对安全生产有着重要的意义。,目前使用的开关柜主要有为KYN、XGN、GGA。其中KYN占了开关柜总数量80%以上，它们有一个共同特性：一次设备全封闭或半封闭在金属外壳里面。目前主要通过检测柜体的表面温度，反映内部设备的发热状况，存在误判、或判断滞后的情况。,6KV电源进线柜的发热,2010年，大唐信阳发电有限责任公司根据现场实际需要，通过与四川大学电气工程实验室协作

5、，在1、2号机组6KV厂用电进线开关、馈线开关、电压互感器开关、母联断路器开关柜体上各加装了1个多光谱观测窗，与红外热成像仪配合，通过1年的时间，特别是冬夏两季大负荷期间收集了大量的红外热成像图谱，建立起封闭式开关柜的红外热成像数据库，取得了较好的效果。,四 效益测算 本项目通过使用可以透过紫外线、可见光、红外线的光学窗口与红外热成像仪配合，结合现场温度实测，进行了故障分析预测及失效判据的研究，完成损耗发热计算的有限元法参数化建模，得出其热成像异常的判据，可在不中断、不干扰设备运行的前提下，及时准确地掌握设备内部发热情况。在后续研究工作中，将仿真计算与现场实测进一步结合，利用现有封闭开关设备，获取更加丰富的计算和实测结果，掌握了封闭设备内部发热部件的损耗和温度分布规律，为封闭开关设备状态检修的开展提供更为具体实用的参考。,投资成本分析 1 红外成像仪模块购买 10（万元/台） 2 红外观测窗口试制 9（万元） 单台开关300元，每台机组按30台开关计算 3 技术服务费 1（万元） 4 安装及试验所需材料费 1（万元） 5 委托试验，租用实验设备费、现场实验费 3（万元）,将多光谱观测窗

6、安装于封闭设备外壳的适当位置，不仅能作为普通的观测窗检视封闭设备内部情况，而且与红外热成像仪配合可方便安全地实现封闭开关柜内断路器、隔离开关、母线排、电缆接头等导电接触面温度的大面积、大范围红外发热监测，为状态检修提供有力依据。另外，还可用紫外成像仪观察封闭高压开关设备的电晕放电现象，从而实现绝缘缺陷和污秽的在线检测。而高强度金属外框、盖板、密封胶圈则可以很好的满足电气设备安全及密封的要求。可广泛应用于6KV-40.5KV的电气设备上，即可利用普通的红外测温仪可以直接测量。,五 关键设备或技术 研究人员通过多光谱观察窗配合红外热成像仪对现场封闭式高压开关柜内图谱进行收集，并计算机模拟多种情况下的电磁场和流场，进行了全面的分析研究，从广度来说研究是比较全面而准确的。 国外电力设备运营商大都采用红外窗口的技术进行高压开关柜内温度的直观测量。安装后即保证了设备的安全运行检测；又能在不停电的情况下对现场设备进行连续的红外无损检测及分析，为电气设备运行提供有效保证。,红外窗口由于其特殊的材质具有透红外线、电绝缘、耐腐蚀、本质安全等优点特别适用安装在高压开关柜上，轻松实现开关柜红外成像测温，彻底解

7、决高压开关柜触头过热隐患。还可用紫外成像仪观察封闭高压开关设备的电晕放电现象，从而实现绝缘缺陷和污秽在线检测。 红外窗口的光学晶体包含有3层镀膜：第一层为氟化忆（YF3），第二层为氟化镜（YbF3）,第三层为氟化悯（LaF3），可以透过紫外线、可见光、红外线。,技术参数要求 红外测温窗口技术参数符合3.6kV40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备二次附属设施的安全要求。 晶体材料工作波段 0.15-14微米，覆盖可见光、红外线、紫外线全光谱； 红外线（814微米）透过率：0-250C时大于85%。,晶体材料测温范围 -20C500C。 晶体规格 直径60mm 厚度2mm 最大可视直径55mm 防护等级： 户内设备IP44，户外设备IP54以上。,额定绝缘水平 AC 40kV 晶体抗压强度 满足IK07防护等级要求。 结构要求 红外测温窗口应包含晶体材料、镶接法兰、保护盖、密封圈等几部分。其中，铝合金法兰镶接光学晶体材料，晶体材料设计有密封圈。 保护盖 能够耐受电弧冲击。,1 型式试验要求 1.1 燃弧试验 安装在开关柜的红外测温窗口，应通过内部燃弧试验。 1.2 冲击试验 晶体材料

8、应满足GB/T 20138-2006中防护等级IK07的试验要求。 1.3 绝缘试验 承受40kV、1min的工频电压，无闪络放电现象。 1.4 红外线透过率试验 0.15-14微米，覆盖可见光、红外线、紫外线全光谱； 红外线（814微米）透过率：0-250C时大于85%。,出厂试验要求 2.1 外观检查 检查产品外观，晶体无划痕、裂纹、气泡、结晶颗粒。产品直径、厚度符合厂家规定。 2.2 红外透过率试验 0.15-14微米，覆盖可见光、红外线、紫外线全光谱； 红外线（814微米）透过率：0-250C时大于85%。,剖视图中红圈的部位安装多光谱观测窗。可监测母排、电缆接头、PT/CT接头。,检测仪器要求 手持（枪）式红外热像仪 能满足一般检测要求，有最高点温度自动跟踪，采用LCD显示屏，可无取景器，操作简单，仪器轻便，图像比较清晰、稳定。 便携式红外热像仪 能满足精确检测的要求，测量精度和测量温度范围满足现场测试要求，性能指标较高，具有较高的温度分辨率及空间分辨率，具有大气条件的修正模型，操作简便，图像清晰、稳定，有目镜取景器，分析软件功能丰富。,六 技术原理 物体的温度在1000以下

9、时，热辐射最强的是红外辐射。,温度不同,辐射波长不同,辐射能量不同,红外辐射范围内，电气设备热缺陷均在红外诊断范围内,红外检测反映温度高低的直接原因,在红外检测中，根据致热效应的来源，大体上把电气设备分为三大类： 电压致热型由于电压效应引起发热的设备。 如电压互感器（PT、 CVT）、避雷器、绝缘子、耦合电容器（OY）、均压电容器等。通常反映设备的内部缺陷（如介损增大、内部绝缘不良、泄漏电流增大等）和外部缺陷（如表面污秽、裂纹等）。 电流致热型由于电流效应引起发热的设备。 如隔离开关、断路器的接头、触头，CT的外部接头，导线及压接头，阻波器等。通常反映设备的外部缺陷（如接触不良），但断路器的热故障有时反映的是内部故障（触头接触不良）。 综合致热型 既有电压效应，又有电流效应，或者电磁效应引起发热的设备。 其热故障可以由介损增大引起，也可以由内部连接不良引起。如电流互感器、套管、补偿电容器等的内部过热。,红外线是一种电磁波。 自然界任何物体只要温度高于绝对零度(-273.16 C)都会产生电磁波，即都会产生红外辐射。 不同的材料、不同的温度、不同的表面光度、不同的颜色等，所发出的红外辐射强度都不同。 我们所利用的是：红外辐射能反映温度高低。 红外线在大气中有部分波段（(1-3 m；3.5-5 m；8-14 m )：穿透好、衰减小、“畅通无阻”“大气窗口”能准确反映温度高低。,根据KYN型开关柜结构进行红外测温,根据KYN型开关柜结构进行红外测温,探头到目标的距离直接关系到测量斑直径大小，所以要根据探头到目标的距离，算出相对应的D：S，选择相关尺寸透镜。光学透镜要滤除可见光及近红外光，减少外界非目标光源对测量结果的影响。按照红外热相规则，结合柜内温度区间为300度以内，取814m光谱响应波段，这个波段的光谱能有效避免大气尘埃和水汽对红外线传输中的衰减，具有很强针对性的红外辐射探测能力。,母排连接处发热的典型图谱，最高螺丝温度79.2 ,七 推广方案 （一）红外观测窗口的安装位置 应尽可能多地观测柜内设备温度，根据所需观测设备的距离和角度，计算视角的范围，选择窗口的直

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