配電變壓器紅外圖像故障分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u1533配電變壓器紅外圖像故障分析案例 110051.1電力設備紅外診斷的方法 2135101.2配電變壓器故障診斷分析 3163061.2.1配電變壓器紅外圖像分析流程 3118351.2.2故障類別及處理辦法 4157831.3配電變壓器的紅外故障分析 615691.3.1套管診斷分析 6287901.3.2箱體診斷分析 9201211.3.3油枕油位分析 1084391.4配電變壓器紅外圖像分析用戶界面 12配電變壓器是電力系統(tǒng)的重要組成裝置，是保障供配電可靠性的基礎。一旦配電變壓器發(fā)生故障，將導致局部或者全部區(qū)域發(fā)生大面積停電。而電力系統(tǒng)不同于其它行業(yè)，配電變壓器不能隨意進行中斷維修。需要對設備進行在線監(jiān)測與狀態(tài)維修，做好充分的預防準備工作。以往主要根據(jù)《電力設備預防性試驗規(guī)程》對不同設備在停電狀態(tài)下進行預防性維修，需要進行長時間的停電，直接或間接造成了經(jīng)濟損失，同時增加工作安排難度。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，居民生活水平的不斷提高，人們對電能的需要也逐年增加，對供電可靠性、安全性的要求也越來越高，考慮原來預防性維修的局限，為了減少經(jīng)濟損失，降低工作難度，出現(xiàn)了預知性維修和狀態(tài)維修兩種檢修方式。通過對設備狀態(tài)量進行獲取，狀態(tài)評價及分析診斷，進行預知性的維修。大面積停電主要是由電氣設備的熱故障引起的，配電變壓器作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，發(fā)生故障時會發(fā)生局部或者整體過熱。通過紅外測溫裝置對電力設備進行在線監(jiān)測和診斷分析是解決變電設備熱故障的有效手段。目前通過人工對配電變壓器紅外圖像進行分析診斷，效率低，誤檢率高，且工作量大，需要工作人員具備豐富的經(jīng)驗。本章在前文研究內(nèi)容的基礎上，結合配電變壓器目標檢測結果，對配電變壓器進行故障診斷分析。1.1電力設備紅外診斷的方法紅外測溫是一種安全性高、檢測準確的非接觸式檢測技術，且廣泛應用于電力設備監(jiān)測與維修中，但是由于紅外測溫是非接觸的，易受環(huán)境及測量距離等多種因素影響。為了提高紅外診斷的準確性，主要采用以下五種方法進行故障分析。表面溫度判斷法表面溫度判斷法是電力工作人員常用的一種方法，主要用于電流致熱性或者電磁效應致熱性設備，通過紅外熱像儀獲取電力設備表面溫度，參照相關規(guī)程，當溫度或者溫升超過設備標準溫度時，根據(jù)溫度高低及變化大小來確定設備的缺陷類別和等級。該方法簡單，易于掌握，主觀性太強，需要經(jīng)驗較高的工作人員來進行診斷，由于判據(jù)缺乏可靠性，容易誤診。相對溫差判斷法相對溫差判斷法，確定了電力設備對應位置相對溫差與其接觸電阻的相對偏差的相關關系，并將其作為相對溫差判據(jù)的標準。相對溫差判斷法主要適用于電流致熱性設備，特別是檢測時電流小，而且表面溫差判斷法沒有辦法確定電力設備缺陷類別的電流致熱性設備，在一定的情況下，通過采用相對溫差判斷法，可以大大提高對設備缺陷類型判斷的準確性，降低設備故障的漏判情況發(fā)生。相對溫差判斷法需要測出兩臺同型號、相同安裝位置，并且負荷、外界溫度等基本狀態(tài)相同或者近似相同的設備的兩個對應被測位置之間的溫度差，再求與其中溫度較高點的溫升比值的百分比，其表達式如下所示:(5-1)式中:表示相對溫差；、分別表示發(fā)熱點的溫升和溫度；、分別代表正常對應點的溫升和溫度；表示環(huán)境溫度。圖像特征判斷法圖像特征判斷法通過將對獲取的電力設備紅外圖像與該設備正常狀態(tài)下的紅外圖像進行對比，來對電力設備的運行狀態(tài)進行分析診斷。該方法對電壓致熱性設備具有較好的效果，在排除外界因素干擾的情況下，在一張圖像中對設備的三相進行對比，可以較為準確判別出電壓致熱性或其他溫升較小的設備故障，分析結果直觀，簡單。但是需要大量的紅外圖像進行對比，對電力工作人員的經(jīng)驗和技術能力要求較高。需要結合試驗結果進行綜合比較，以避免漏檢和誤判發(fā)生。同類比較判斷法同類比較判斷法通常用于同型號設備，通過溫度比較來判斷設備的故障類別，同一型號的設備在相同工作環(huán)境下溫度差異不顯著，同型號設備不同相之間溫度差異應在規(guī)定允許范圍內(nèi)。一般情況下，電流致熱型設備大多數(shù)采用“相對溫差判斷法”進行判別，電壓致熱型設備一般通過采用“圖像特征判斷法”來進行診斷分析。綜合分析判斷法綜合分析判斷法一般適用于綜合致熱性設備。對于油浸式套管、電流互感器等綜合致熱型電力設備，當設備缺陷由兩種及以上因素引起時，應根據(jù)運行電流、發(fā)熱部位和性質(zhì)，結合前文提到的四種診斷方法進行綜合分析判別，對于漏磁引起的過熱，可以根據(jù)電流致熱型設備的判斷標準進行判斷。1.2配電變壓器故障診斷分析1.2.1配電變壓器紅外圖像分析流程電力設備紅外圖像診斷，主要是采集獲取紅外圖像，通過采用圖像處理技術和深度學習的目標檢測算法，結合《DLT-664-2016-帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》，對配電變壓器進行診斷分析，其診斷流程如下：圖5-1配電變壓器紅外診斷流程Fig.5-1Infrareddiagnosisprocessofpowertransformer1.2.2故障類別及處理辦法電力設備過熱故障根據(jù)發(fā)熱等級一般可以分為以下三種：一般缺陷、嚴重缺陷、緊急缺陷，針對這三種故障等級，做出相應的處理方法。一般缺陷當設備溫度升高，存在溫度分布差異，但不會導致設備故障，一般進行記錄，在停電或周期檢修時，有計劃地安排試驗檢修，消除故障。對于負荷率低、溫升變化小，但相對溫差較大的設備，如果負荷有條件或者有機會改變時，可在增大負荷電流后進行試驗，從而確定設備缺陷的類別，否則，記錄為一般缺陷。嚴重缺陷當電力設備發(fā)生過熱，或出現(xiàn)熱異常，而且程度相比較為嚴重，應提早指定計劃，及時解決，在故障沒有解決時，對電流致熱型設備，應該對其進行多次紅外溫度檢測，了解溫度隨負荷變化相關規(guī)律，必要時可以限制負荷運行，對電壓致熱型設備，應加強狀態(tài)監(jiān)測并安排其他監(jiān)測手段進行監(jiān)測，確定缺陷類別后，及時安排計劃消除故障。緊急缺陷當電流致熱型設備熱點溫度或者溫度變化超過運行的溫度值時，應立即對設備進行安排處理，或者將設備帶負荷限值運行；對電壓致熱型設備和容易診斷處內(nèi)部缺陷性質(zhì)的設備，應即刻退出運行，如果條件允許，對元件進行多次檢測，準確判別故障類別。參考行業(yè)應用規(guī)范，結合變壓器各部分元件在相對溫差法判斷故障時，各類缺陷的溫度分類標準對配電變壓器紅外圖像進行故障分析。圖5-2基于相對溫差判別法的配電變壓器紅外圖像分析流程Fig.5-2Analysisprocessofinfraredimageofpowertransformerbasedonrelativetemperaturedifferencediscriminantmethod根據(jù)《DLT-664-2016-帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》及電力設備運行規(guī)范，給出配電變壓器不同元件的溫升判據(jù)及故障特征，如下表所示。表5-1電流致熱型設備故障Tab.5-1Currentheatingtypeequipmentfailure電流致熱型設備故障設備名稱熱像特征缺陷等級故障特征緊急缺陷嚴重缺陷一般缺陷變壓器箱體箱體局部表面過熱為特征熱點溫度>105℃85℃≤熱點溫度≤105℃δ≥35%但熱點溫度未達到嚴重缺陷溫度值漏磁環(huán)（渦）流現(xiàn)象套管以套管頂部柱頭為最熱的熱像熱點溫度>80℃或者δ≥95%且熱點溫度大于55℃55℃≤熱點溫度≤80℃或≥80%但是溫度未達到緊急缺陷溫度值δ≥35%，但熱點溫度未達到嚴重缺陷溫度值柱頭內(nèi)部并線壓接不良電氣設備與金屬部件的連接（接頭和線夾）以線夾和接頭為中心的熱像，熱點明顯熱點溫度>110℃或者δ≥95%且熱點溫度>80℃80℃≤熱點溫度≤110℃或δ≥80%但熱點溫度未達緊急缺陷溫度值δ≥35%但熱點溫度未達到嚴重缺陷溫度值接觸不良其中配電變壓器高壓套管出現(xiàn)故障時，其紅外熱像主要呈現(xiàn)為套管整體發(fā)熱，或者出現(xiàn)局部發(fā)熱區(qū)故障，溫差在2~3K左右（穿墻套管或者電纜頭套管溫差更?。?，未進一步確定故障情況，要對介質(zhì)損耗進行測量，但整體發(fā)熱時，介質(zhì)損耗較大；局部發(fā)熱故障時，局部放電故障油路或氣路堵塞。1.3配電變壓器的紅外故障分析變壓器的不同部位正常運行狀態(tài)下溫度不同，且進行紅外故障分析的方法也不同，文章主要將設備分為兩類：三相設備（高壓套管、低壓套管）和單相設備（箱體、油枕等）。針對于三相設備，通過將該元件與背景溫度、同類別其它相元件、元件自身溫度均衡度進行溫度分析，判斷故障與否。針對單相設備，主要將元件與背景溫度、元件自身均衡度進行溫度分析，也可綜合考慮該元件歷史溫度信息對設備進行診斷。1.3.1套管診斷分析套管是配電變壓器的重要組成元件，是其載流元件之一，廣泛存在于各類變壓器當中，承擔著對地絕緣、固定導線的作用。配電變壓器故障大多數(shù)是由配電變壓器套管故障引起的，套管由于長期暴露在戶外環(huán)境中，易發(fā)生故障，從而導致變壓器故障，造成電力系統(tǒng)局部或全局故障。套管故障主要包括接頭處接觸不良、套管絕緣不佳、充油套管漏油等問題。當套管故障時，溫度等非電量信息能夠反映故障情況。如圖5-3所示為110kV#2號配電變壓器高壓套管A相端頭連接排，采集時，風速為1m/s，輻射率為0.9，濕度為21%，負荷電流為772.25A。該高壓套管溫度情況如表5-2所示。（a）三相紅外圖譜（b）熱點紅外圖像（c）可見光圖像圖5-3110kV配電變壓器高壓套管Fig.5-3110kVdistributiontransformerhighvoltagebushing表5-2電流致熱型設備故障Tab.5-2Currentheatingtypeequipmentfailure名稱A相/℃B相/℃C相/℃正常溫度/℃環(huán)境溫度/℃溫差/℃溫升/℃相對溫度/℃溫度30.329.227.721.320510.348.5從圖5-3和表5-2中，110kV2號配電變壓器高壓套管A相端頭連接排異常發(fā)熱，熱點溫度30.3℃，正常相溫度21.3℃，環(huán)境參考溫度20℃，相對溫差δ為48.5%，δ≥35%，負荷電流776.25A，根據(jù)"國家電網(wǎng)公司變電檢測管理規(guī)定（試行）"第一分冊《紅外熱像檢測細則》和DL/T664-2016《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》判定為電流致熱型一般缺陷；該缺陷產(chǎn)生原因可能為接線排連接螺栓松動或銹蝕接觸不良引起的發(fā)熱。建議記錄在案，縮短檢測周期，根據(jù)檢修計劃對發(fā)熱點進行處理，確保設備運行狀態(tài)良好。如圖5-4所示為35kV#1號配電變壓器高壓套管C相端頭連接排，采集時，風速為1m/s，輻射率為0.93，濕度為40%，負荷電流為182.2A。該高壓套管溫度情況如表5-3所示。（a）三相紅外圖譜（b）熱點紅外圖像（c）可見光圖像圖5-435kV配電變壓器高壓套管Fig.5-435kVdistributiontransformerhighvoltagebushing表5-335kV配電變壓器高壓套管溫度情況Tab.5-3Temperatureofhighvoltagebushingof35kVdistributiontransformer名稱A相/℃B相/℃C相/℃正常溫度/℃環(huán)境溫度/℃溫差/℃溫升/℃相對溫度/℃溫度30.336.238.828.714.010.124.341.5從圖5-4和表5-3中，35kV#1號配電變壓器套管C相端頭連接排異常發(fā)熱，熱點溫度38.8℃，正常相溫度28.7℃，環(huán)境參考溫度14℃，相對溫差δ為41.5%，δ≥35%，負荷電流182.2A，根據(jù)"國家電網(wǎng)公司變電檢測管理規(guī)定（試行）"第一分冊《紅外熱像檢測細則》和DL/T664-2016《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》判定為電流致熱型一般缺陷；該缺陷產(chǎn)生原因可能為接線排連接螺栓松動或銹蝕接觸不良引起的發(fā)熱。建議記錄在案，縮短檢測周期，根據(jù)檢修計劃對發(fā)熱點進行處理，確保設備運行狀態(tài)良好。1.3.2箱體診斷分析配電變壓器箱體主要是由油箱和兩側(cè)的散熱器兩部分組成，在配電變壓器運行過程中，會產(chǎn)生許多的熱量，為了保障其長期安全、可靠、正常運行，必須將溫度控制在一定范圍內(nèi)，散熱器在控制變壓器溫度上具有重要作用。變壓器箱體上的散熱器一般由多組組成，并排安裝在變壓器兩側(cè)，每組散熱器都由一定數(shù)量的散熱片與上下集油管連通構成，從而對變壓器進行散熱。紅外熱像可以清晰的反映箱體的溫度情況，根據(jù)本體的溫度分布均衡度及周圍環(huán)境溫度進行對比分析。如圖5-5所示為35kV配電變壓器箱體兩側(cè)散熱器，采集時，風速為1m/s，輻射率為0.93，濕度為40%，負荷電流為191.6A。該散熱器溫度情況如表5-4所示。（a）紅外圖譜（b）熱點紅外圖像（c）可見光圖像圖5-535kV配電變壓器散熱器Fig.5-535kVdistributiontransformerradiator表5-4電流致熱型設備故障Tab.5-4Currentheatingtypeequipmentfailure名稱散熱器溫度/℃正常溫度/℃環(huán)境溫度/℃溫差/℃溫升/℃溫度31.939.314.0-3.421.9從圖5-5及表5-4中可以看出，該35kV變壓器散熱器，第三組散熱片溫度過低，該散熱片溫度為31.9℃，相比于其他散熱器溫度偏低，且它的溫度比正常溫度低3.4℃。根據(jù)"國家電網(wǎng)公司變電檢測管理規(guī)定（試行）"第一分冊《紅外熱像檢測細則》和DL/T664-2016《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》，該散熱片可能是因為過負荷或電壓變化過大、單相運行等引起的故障，或者冷卻系統(tǒng)設計不合理與散熱器進油閥堵塞、散熱條件差等引起的故障。建議記錄在案，縮短檢測周期，根據(jù)檢修計劃對溫度的散熱片進行處理，從而保障變壓器冷卻系統(tǒng)能夠正常工作，確保設備運行狀態(tài)良好。1.3.3油枕油位分析油枕有常規(guī)油枕和波紋油枕兩類，當溫度變化導致變壓器油的體積變化時，油枕起著儲油和補油的作用，從而保障變壓器油箱一直保持充滿油狀態(tài)。油枕的體積一般為變壓器總油量的8%~10%左右。油枕上裝有油位計，現(xiàn)在一般采用磁力油位計，變壓器油位計和變壓器油的溫度相對應，用以從而用來監(jiān)視變壓器油位的變化。圖5-6油枕Fig.5-6Oil

conservator圖5-7油枕油位變化示意圖Fig.5-7Schematicdiagramofoillevelchangeofoil

conservator圖5-8油溫與油位指示對應位置圖Fig.5-8Oiltemperatureandoillevelindicatethecorrespondinglocationmap變壓器油枕作為變壓器必不可少的組成部分，對變壓器冷卻循環(huán)中的儲油量進行調(diào)節(jié)，同時避免變壓器油與空氣接觸。雖然油枕側(cè)裝有油位計，但是易受變壓器油沉積的原因阻塞，導致油位顯示不準。變壓器中油位過高過低都會對變壓器造成影響，油位過高會使變壓器內(nèi)部油壓變大，容易出現(xiàn)溢油現(xiàn)象；油位過低，會導致引線或鐵心暴漏在空氣中，可能會發(fā)生內(nèi)部閃絡，同時絕緣油絕緣性降低。通過對油枕紅外圖像進行分析，判斷變壓器油枕中油位情況。（a）油枕正面紅外圖像（b）油枕側(cè)面紅外圖像（c）可見光圖像圖5-9110kV配電變壓器高壓套管Fig.5-9110kVdistributiontransformerhighvoltagebushing圖5-9為變壓器油枕紅外圖像，采集所取的輻射率為0.91，環(huán)境溫度為21℃，相對濕度為54%。從圖中可以看出，油枕的紅外圖像上有明顯的分界線，表示油位的位置，紅外圖像中反映的油位為0.67d，根據(jù)"國家電網(wǎng)公司變電檢測管理