浅谈电气设备发热原因及诊断方法

电气设备的发热是我们在工作中不容忽视的一个问题,它不仅影响设备的正常运行,还会导致电气设备的绝缘热击穿、导体连接部位的热变形、甚至熔焊,严重危及电气设备的安全可靠运行。因此正确认识电气设备发热以及准确的掌握运行中电气设备的温度变化情况,及早发现过热并排除,可以大大减少电力系统的故障与事故还可提高供电的可靠性,保证正常供电。

1电气设备发热原因

1.1电阻的有功损耗

电力系统导电回路的金属导体都具有相应的电阻,当通过负荷电流时,必然有一部分电能按焦-楞次定律以热损耗的形式消耗在电阻上.这部分发热功率为:

P=KfI2R

式中:P—发热功率(W)

Kf—附加损耗系数

I—通过的负荷电流(A)

R—载流导体的直流电阻(Ω)

对于多股绞线和空心导体,通常可认为Kf=1。

对均匀导体来说,只有出现局部拉长,断股,横向裂缝及表面严重腐蚀等情况时才会引起局部电阻增大,发热功率增加。常见的是导电回路中的各种连接件,接头或触头等部位接触不良,引起接触电阻增大,发热功率增加,引起接触部位温度升高,温度升高后又引起接触电阻进一步增大,出现恶性循环,直至引发事故。

1.2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。同样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,其损耗功率用下式表示:

P=U2ωCtgδ

式中:P—电介质的有功损耗(W)

ω—交变电源的角频率

C—介质的等值电容值(F)

tgδ—绝缘介质损耗因数或介质损耗角正切值

由上式可知,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。

引起绝缘介质材料损耗增大的主要原因有:

1)固体绝缘材料质量不佳或老化。例如电气设备的绝缘材料质量不佳,绝缘性能达不到标准要求,或者在长期运行中由于高温与氧化作用而发生老化,甚至出现开裂,脱落,断裂,变软,变脆,分解或进水受潮等。

2)液体或气体介质质量不符合标准要求,或密封不严,出现进气或进水受潮,或受电器内部高温和局部放电的影响,电介质材料本身发生化学变化。例如绝缘油受热氧化,产生杂质。

3)电介质在交变电场作用下由于电导引起损耗,对于工程用液体介质而言,其电导率主要取决于两个因素:一是杂质,二是温度.例如变压器运行一段时间后,会产生很多杂质.这是由于受潮,固体纤维脱落以及油本身的化学分解等原因引起的。这些杂质使油的电导率大大增加,其中以水分的影响最为明显。因此电介质的有功损耗引起介质性能劣化过程比导体接触面的恶性循环过程更快,更危险。

1.3铁磁损耗

凡使用铁磁材料做成的电气设备或装置,在交变磁场的作用下,均会产生电能损耗,称为铁磁损耗。发电机,变压器,电动机等设备,铁磁材料用量很大,运行中铁磁损耗往往与绕组中的电阻损耗不相上下,小负荷时甚至超过电阻损耗(铜损)。

2发热对电气设备的危害

1)温度升高使导体接触部分的接触电阻增大,最后烧坏接触面,影响正常运行。

2)将会恶化导电接触部分的连接状态、以致破坏电器的正常工作。

3)使绝缘材料的绝缘性能降低。

4)使金属材料的机械强度下降。

3发热故障的诊断

随着科学的发展,测温技术的不断提高,使得高压电气设备带电测温成为可能,其中,红外测温仪已被广泛使用,我们可以利用红外仪对电流致热型过热缺陷进行较为准确的诊断;对电压致热型设备的重大缺陷,紧急缺陷的及时发现也能发挥重要的作用,但对于发热量较小,温升不高的一般缺陷因受到红外测温仪测量精度和测量效率的限制,诊断起来比较困难,在此情况下,红外热像仪在一定程度上弥补了这种不足,并填补了许多在线带电监测的空白。

红外热像仪是利用现代高科技手段,对运行电气设备进行无损检测的一种仪器设备。它通过非接触探测红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上,从而获得红外热像图,并在专业的红外分析软件的帮助下,数秒内自动完成分析报告,使运行和检修人员及时掌握设备的实际技术状态,以便对设备技术状态的劣化采取恢复措施。

3.1判断方法

1)表面温度法。根据测得的设备表面温度,对照有关规定,凡温度超过标准者,可根据设备温度超标的程度,设备负荷率的大小,设备的重要性及设备承受机械应力的大小了来确定设备的缺陷性质。

2)同类比较法。在同一电气回路中,当三相电流对称和三相设备相同时,比较三相电流致热型设备对应部位的温升值,可判断设备是否正常。若三相设备同时异常,可与同回路的同类设备比较.当三相负荷电流不对称时,应考虑负荷电流的影响。对同类型机组在同参数下进行测量比较。

对于型号规格相同的电压致热型设备,可根据其对应点温升值的差异来判断设备是否正常。当三相电压不对称时应考虑工作电压的影响。

3)历史分析法。分析同一设备在不同时期的检测数据(例如温升,相对温差),找出设备致热参数的变化趋势和变化速率,以判断设备是否正常。

3.2红外热像仪的运用实例

2008年8月18日16时25分龙首一级水电站#0发电机组由于励磁系统灭磁开关软连接发热烧毁造成一次非计划停运。自此之后引用热像仪成功发现了龙首一级水电站1号主变低压侧B相套管发热、龙汇水电站励磁可控硅系统过热等缺陷,有效地避免了故障停运,为检修运行人员提供了诊断分析的依据。

4结束语

电气发热以多种形式出现。充分了解电气设备发热的原因、危害,采取有效应对措施从而可以避免许多设备事故。红外检测技术的应用对于开展电气设备诊断分析与状态检修具有十分重要的意义,必将得到更加广泛的应用。

参考文献

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