搜索
1发电厂电气部分课程作业课题：电气设备的发热与检测方法[在此处键入]2摘要：电力企业往往因系统设备过热多次发生故障，造成停机停炉事故。本文分析了电力企业电气设备热故障产生的原因，针对电气设备的热故障进行了观察和分析，并将该类故障主要分为外部故障和内部故障两大类型；分析了在正常和故障情况下电气设备发热形成的原因;提出了电阻损耗、介质损耗和铁磁缺损这三种发热形式的等级和处理措施，以及常见电气设备温度的测试标准，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，这也是现代企业发展方向。据此可及时消除电气设备热隐患，提高设备运行的安全性。关键词：电气设备；发热；危害；红外热像仪。1、电气设备的发热原因电气设备的发热是指电气设备本身以及它们与母线或电缆之间的电气相关部位运行时产生的热量大于它的散热量。电气设备发热是一个老问题，正常情况下，发热不会影响电气设备的正常运行，但是由于某些因素变化使设备长期过热，可能会使材料的机械性能发生改变，产生局部放电，致连接件烧损、熔焊或毁坏，或使电介质绝缘性能劣化，产生击穿现象直至丧失绝缘性能造成事故，直接或间接影响整个系统的安全和运行。1.1.电气设备的发热源电气设备在工作的时候，由于电流、电压的作用，主要有三种发热情况，分别是：电阻损耗发热、介质损耗发热、铁损致热。1.1.1电阻损耗发热电介质的有功损耗。由固体、液体或气体等电介质材料构成的绝缘结构是高压电器设备中不可缺少的重要部分，金属导电材料和电介质绝缘材料是所有电气设备不可缺少的两个组成部分。导电体周围的电介质在交变电场的作用下会产生能量消耗，通常称为介质损耗。介质损耗与承受的电压的平方成正比，与导体所通过的电流无关。由此可知，电气设备只要加上电压，即使不输送电流，也会产生介质损耗。当绝缘介质的绝缘性能变坏时，会引起介质损耗增大，有功损耗增加，设备运行温度升高。根据公式：Q=I*I*R*t，体现在电流过大时若电气设备中的电阻过大，在设备上的功率损耗很大，这种情况一般出现在大量载流设备中，例如设备与设备之间的接触电阻，电力线路上的等值电阻，以及设备本身的等值电阻等等。1.1.2介质损耗发热介质发热是由于电气绝缘介质在交变的电场作用，使介质极化方向不断改变而消耗电能并引起发热。由此产生的发热功率为:P=U2ωCtgδ[在此处键入]3式中:U—施加的电压；ω—交变电压角频率;C—介质的等值电容;tgδ—介质损耗角正切值。这种发热效应会使绝缘降低，引起泄漏电流增大，绝缘体也随之发热，造成热性循环。1.1.3铁损致热交变磁通在铁芯中产生磁滞损耗P1和涡流损耗P2合起来叫做铁磁损耗，简称铁损。把从电源吸收的能量转化为热量，使铁芯发热。载流导体周围的铁磁物质在交变磁场反复磁化作用下，将产生磁滞、涡流损耗。铁磁物质在交变磁化下由于内部的不可逆过程而使铁磁物质发热所造成的一种损耗，称为磁滞损耗。磁滞损耗与频率的一次方成正比，与最大磁感应强度B的n次方成正比。众所周知，当铁磁物质放置在变化着的磁场中，或者在磁场中运动时，铁磁物质内部会产生感应电动势（或感应电流）。从图1-1中可见，涡流是感应电流的一种，在铁芯内围绕着感应强度B呈旋涡状流动，其方向可按楞次定律来决定。涡流的产生要消耗一定的能量，并随即转变为热能。涡流对许多电气设备来说是极其有害的，它消耗电能，使铁芯发热，不仅会引起额外的大量功率损失，更严重的是还会使线圈温度过高，甚至损坏线圈的绝缘，造成设备的过热损坏酿成事故。1.2电气设备的热故障电气设备的热故障主要分为外部故障和内部故障，一般来说外部故障的主要原因有电气裸接口的接触不良导致接触电阻变大，当大量载流子流过时发热过大，造成接触点电阻增大，形成恶性循环。这类故障主要是由于施工时工艺不严格，不符合施工要求，没有去除连接件的氧化膜和污垢，焊接工艺差，紧固螺母不到位等等，另外环境因素也有很大的影响，例如导体在风力的舞动下使连接点和接触点老化或者长期暴露在大气环境下工作受到酸雨灯腐蚀等待。内部故障是因为封闭在固体绝缘、油气绝缘以及设备壳体内部的电气回路[在此处键入]4故障和绝缘介质劣化引起的故障。下面列举出常见的内部故障：(1)内部电气连接或接触不良引起的故障;(2)内部绝缘材料受潮、劣化引起的介质损耗增大故障;(3)绝缘老化、开裂或脱落故障;(4)电压分布不均或泄漏电流过大性故障;(5)磁路的涡流损耗增大性故障。2、电气设备发热检测方法由于电气设备往往通过高电压大电流，因此不能采样传统的接触式温度检测方法，必须采用非接触式温度检测保证检测设备和人生的安全。目前运用最广泛方法为红外线检测。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，具有准确、实时、快速等优点。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。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。红外检测技术的应用，对提高电气设备的可靠性与有效性，提高运行经济效益，降低维修成本都有着重要的意义,是目前预知检修领域中。2.1红外检测的基本原理由近代物理学可知,温度高于绝对零度的任何物体表面都会连续不断地、自发地发射红外辐射能量。根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律,物体表面每一辐射单元的热辐射能量与该单元绝对温度的四次方成正比:式中：T一辐射单位表面温度(K);Σ一蒂芬一玻尔兹曼常数；σ一辐射单元表面发射率;M一辐射单元的热辐射能量；由于物体表面存在一个热辐射场，红外检测就是用来测量辐射能量场的，通过测量这些场可以了解到物体的温度分布，现代的热成像仪可以将能量场变成电子视频信号，在屏幕上显示出来。利用过热成像仪可以检测出电气设备上的温度分布，有利于迅速查找到故障点。[在此处键入]52.1.1红外检测的误差和解决方法通过前面的分析可知,在利用红外热像仪进行温度测量时,所测物体表面温度是通过接收被测物体表面发射的辐射能来确定的。在实际测量时,红外热像仪接收到的有效辐射包括三部分:目标自身辐射、环境反射辐射和大气辐射。由于设备所处环境的不同,环境反射辐射和大气辖射会有较大的差异。所以为了得到监测的准确结果,必须对各类干扰因素进行分析。（1）大气吸收的影响红外福射在大气中传输时,由于各种因素例如大气吸收的作用,其强度会受到不同程度的衰减,不过大气中有三个“大气窗口”,这三个“大气窗口”红外电气设备红外图像温度识别穿透能力极强,即:0.76um-2.5um波段、3um-5um波段和8um-145um波段,红外热像仪应尽量工作于这三个工波段内。在对电气设备进行温度测量时可以采用以下方法减少大气吸收对热成像仪的影响。1、尽量在大气干燥与空气质量好的情况下进行电力设备在线监测。2、尽可能地缩短监测距离。在安全距离保证的前提下,红外摄像机应当尽量靠近被测电力设备,使得被测电力设备尽量充满整个监测范围,以提高红外摄像机对被测设备表面的测温精度。（2）太阳光福射的影响在日光福射的监测条件下,日光反射和漫反射在、3um-4um波长区域内,接近于红外热像仪工作的波长区域,会对红外热像仪的正常工作造成极大干扰。另外,设备的实际温升不仅包括被测设备的稳定温升,还叠加了太阳光福射所产生的温升,将造成测量误差。这类情况的解决方法是,在进行电力设备红外监测时,最好选择阴天进行,以减少太阳光辐射的影响,这样红外监测的效果较好。（3）气象条件的影响当被测的电力设备处于室外环境中时,当风力较大时,设备散发的热量会加速散发,存在过热缺陷的电力设备实际温度与被测温度存在差异,这会延误故障诊断的时间。因此,在室外进行设备红外测温监测时,不应选择在大风天气下进行,应在无风或风力很小的条件下进行。2.2红外热像仪对电力系统故障诊断方法2.2.1电气设备的相对温差运行中的电气设备都会发出一定热量，在设计要求的允许范围内的热量是正常的。热像仪先对运行中的电气设备进行红外测温扫描检查，发现存在色温异常的点后，再对色温异常的点及其周围进行重点检测，形成异常点的热像图。测温人员将异常点温度与设备正常运行时的温度进行比较，同时考虑周围环境温度和负荷的影响，最后根据设备的相对温差以及是否超出规定值，来确定设备故障与否。[在此处键入]62.2.2三相之间温度比较在电力系统中使用的是三相输电，在正常工作情况三相的负载相差不大，因此三相温度应该基本均衡，若出现相间发热异常，则可以判定温度高的相处在发热故障。2.2.2档案分析法分析不同时期对同一设备的检测数据（如相对温差、温升和热图谱等），找出设备致热参数的变化幅值和速率，对判断设备运行是否正常，及早发现缺陷非常重要。当然，使用这种方法的前提是收集电气设备以往红外检测的有关数据并建立档案。2.2.3热图谱分析法对比同类设备正常状态与实际运行状态与的热图谱差异来判断设备是否正常。这是一种行之有效的精密诊断方法，也是目前对电压致热设备采取常用的方法。3结束语电气设备发热主要由于设备工艺未完全，经过长时间运行累积接触电阻、电场损耗以及介质损耗形成电气设备发热，造成电气设备损坏。因此，根据对相应的的电气设备发热规律进行研究，形成相应的对策，当可大大缓解电气设备发热缺陷的发生，同时也能有效地提高设备的安全性和经济性，为企业带来广泛的效益。[在此处键入]7参考文献：[1]陈友琼．红外热像仪在变电站应用的研究[J]．价值工程，2012，25.079.[2]杨明川,耿国庆．应用红外测温技术检测电气设备发热缺陷[J]．宁夏电力，2004，03.[3]李来宏,曾武．电气设备的发热分析及防范[J]．冶金动力，2006，01.019.[4]杨雪漫．电气设备红外检测及诊断[J]．分析与探讨，2009，03.[5]杨洋．电气设备红外阁像分析与处理[D]．北京：北京交通大学，2015.致谢本论文是在指导老师李彩林的悉心指导下完成的，在此，谨向辛勤的导师李彩林老师表示衷心的感谢和崇高的敬意！在论文的撰写过程中，我们还得到了任课老师和桂林电子科技大学机电工程学院各位老师们的关心和指导，得到了同班同学们的热情帮助，使我们对课题有了更加深入的认识和理解，顺利完成了课程设计。在此一并表示最诚挚的谢意！