基于红外测温技术的电力变压器过热故障在线监测系统的设计与开发_硕士学位论文(编辑修改稿)

基于红外测温技术的电力变压器过热故障在线监测系统的设计与开发_硕士学位论文(编辑修改稿)内容摘要：

.............. 59 5 总结与展望 ............................................................................................. 60 研究内容总结 ............................................................................................................ 60 工作展望 .................................................................................................................... 61 致 谢 ..................................................................................................... 62 参考文献 ..................................................................................................... 63 目录 硕士论文 VI 硕士论文 基于红外测温技术的电力变压器过热故障在线监测系统的设计与开发 1 1 绪论 引言 随着国民经济持续 快速 稳定的发展，电力 系统的 规模也随之 越来越大 ，人民对电力系统的依赖性也越来越强，国家对电力系统的安全性、稳定性的要求也越来越高。 但是，许多国家在夏季仍 然 发生大面积停电事故，特别是 20xx 年 8 月 14 日 美 国和 加 拿大的 大停电 事故，期间上百台机组跳机，事故波及约 5000 万人，造成的重大的经济损失，是美国历史上最严重的停电事故 [1]。 通过对这些事故进行 调查 分析，导致事故发生原因是多方面的，由此，各国都进一步认识到 如何提高 大规模电力系统的安全 性 是一个重大而迫切的问题。 如何利用高科技手段进行系统化、标准化的管理，消除危险点，是摆在电力系统科研单位面前的新问题 [2]。 随着 电网 规模的扩大以及自动化水平的提高，设备检修维护的任务也越来越重，费用也越来越高。 采用定期检修方式使很多设备存在过修或失修的问题， 不仅 造成巨大的资源浪费 ，而且埋下了 安全 隐患。 20 世纪 80 年代以来 ， 随着电 子技术的发展和传感器技术、光纤技术、计算机技术、信息处理技术等 各领域 间 的 相互 渗透 ， 电力系统监控技术中也广泛 使用 这些先进的科研成果 ， 电气设备 在线监测技术 也从此 走向实用化阶段。 与预防性试验相比 ， 在线监测系统采用更高灵敏度的传感器采集运行设备的劣化信息 [3]，信息的处理和识别依靠有丰富软件支持的计算机网络 ， 引进一些新的能更真实反应设备运行状态的特征量 ， 从而实现对设备运行状态的综合诊断 ， 促进电力设备由定期试验向状态检修过渡 [4]。 强化对电网设备的运行管理和可靠性维 修是电力安全生产的重要环节，电力企业对先进的在线监测设备投入比例逐年增加，而这其中红外诊断技术的运用是最值得关注的。 从经济学的角度看，这种监测技术具有较高的 ―投入产出比 ‖，具有广阔的应用前景；从技术角度看，红外诊断技术也是电气设备在线监测的一项行之有效的技术手段，利用红外技术对电气设备进行检测和诊断具有不停电、不取样、不接触 ， 直观、准确、灵敏度高及应用范围广等优点 [5] ， 可以查出各种设备缺陷 ， 对提高设备运行 的 可靠率有 着 重要作用。 电力系统红外诊断 技术的国内外研究与应用现状 温度是确定物质状态最重要 的参数之一 ， 它的测量与控制在国防、军事、科学实验及工农业生产中具有十分重要的作用 [6][7]，而红外测温技术又是所 有 温度检测方法当中颇为先进的一种方法，红外热像仪就是利用这种技术的典型产品，而这种先进的设备最1 绪论 硕士论文 2 初是使用在军事上 [8]，在电力系统当中的运用始于上世纪六七十年代，但 现在 其 对电力系统的 诊断效果 已经 得到了国内外的广泛认可。 国外研究与应用现状 国外 从 60 年代中期开始将 红外技术应用于电力设备监测，瑞典国家电力局成功的运 用红外热像仪 对电力设备进行 故障诊断， 70 年代 将红外 热像仪装在直升机上对 输变 电设备故障做生产性巡回检测，并 制订出相应的技术规范 和 故障判定标准。 1990 年 的 国际大电网会议 (CIGIE)充分肯定了电力设备故障红外诊断技术，指出该技术在电力设备从传统的预防性故障检修体制向先进的预知性状态维修体制 改革 中将发挥 巨大的 作用。 目前， 国外比较知名的大电力公司都已将红外诊断技术广泛运用于电力系统运行状况的检修，并取得了较好的效果 [9]。 国内研究与应用现状 我国 从 70 年代初开始 研究开发电力设备红外监测技术 ，并逐步 开始利用国内 自行研制的红外测温仪检测运行中的输变电 设备裸露过热接头。 国内一些 电力专业研究所 从80 年代中期开始 先后 使用 光机扫描热像仪，积极开展变电设备故障检测试验和 220KV及 110KV 输电线路的直升机巡线红外检测试验，并取得了良好结果。 从 20xx 年以后随着 红外 成 像技术的成熟和红外热像仪 价格 的降低， 国家鼓励电力企业 应用红外热像仪对电力系统进行检测， 因为这样 不仅可以对高压电气设备内外部故障类型做出定性诊断，而且还能给出故障位置和严重程度的定量诊断。 除此之外，对影响电力设备红外成像故障诊断准确性的诸因素及对策也做了深入研究，制订了一系列的 红外诊断操作 规 范。 总的来说，可以将我国电力设备红 外诊断发展的状况分为 4 个阶段 [2]： 1) 1986 年以前的十年为调查研究、基础研究和可行性试验研究，红外诊断技术逐渐引入我国； 2) 1987 到 1991 年， 主 要运用红外设备测量电气设备外裸露接头的过热故障，着重对高压输电线路用直升机进行航测试验研究； 3) 1992 到 1995 年， 全国各供电局进行红外测温生产性试验， 在实验中发现了高压设备的大量过热缺 陷 ，试验结果表明，红外检测在电力系统故障检测中具有广阔的应用前景 ； 4) 1996 年 至今，主要处于红外诊断作业技术的推广和建立相应的红外诊断标准阶段 ，完善我国的 电力系统红外诊断体系。 变压器 传统 在线监测 方法简介 在电力系统中， 电力变压器的地位是举足轻重的，一旦发生故障，极有可能导致电网崩溃，造成巨大的经济损失，也就是说，只要能够成功的发现电力系统中处于运行核硕士论文 基于红外测温技术的电力变压器过热故障在线监测系统的设计与开发 3 心地位的电力变压器存在的故障并及时检修，就可以很大程度上提高电力系统运行的稳定性。 变压器的绝缘检测一直是定期的绝缘预防性试验，预防性维修在保证安全可靠性供电方面起着很好的作用。 但是，预防性维修需要停电检修，影响了供电的可靠性；定期检修中更换的设备 有些 是没有必要更换的，降低了经济性；试验条件 有可能 不同于变压器的实际运行条件，试验结果不能及时、准确再现绝缘缺陷和潜在故障。 针对这一情况，电力企业利用相关技术对电力变压器进行 24 小时连续在线监测，持续获得各种类型的特征量数据， 准确的反映变压器的实时运行状态 [10]。 有关专家通过对十几 年 来变压器 发生 故障 的 资料进行分析，得出的结论是：尽管不同的变压器老化趋势和使用方式并不相同，但发 生 故障的诱因还是基本相似的。 多种因素都可能影响到绝缘材料的预期寿命 ， 对 这些因素 加以归纳，得出导致变压器故障的原因有 雷击、线路涌流、工艺制造不良、绝缘老化、过载和受潮等 几 个方面 [11]，需 要注意的是线路涌流在所有因素中列首位，这类故障主要 是由 过电流或过电压冲击引起的。 常用的变压器在线监测方法 ： 1)局部放电的监测： 变压器由于老化等原因 会产生局部放电， 在局部放电时 会伴有声光电 等现象 及对放电空间介质的化学作用，对应这些物理化学反应可以找到相应的测量方法，可采用 超 高频电脉冲法测量变压器 油 中的局部放电 ，超高频法是通过检测变压器局部放电产生的数百甚至数千兆赫兹的超高频电磁波信号来测量局部放电的大小和位置 [12][13][14]； 2)局部过热的监测：当变压器内部发生局部过热时除过热点温度升高外 ， 同时 发热 会使变压器油分解生成氢气和烃类气体，在 发热比较严重的情况下氢气含量会很高 ， 因此在局部放电较弱时如果 2H 含量较高可以判定为变压器油中有过热故障 ，系统可以 利用对变压器油中 2H 含量 进行监测并结合局部放电监测来间接监测 变压器的运行情况 [15]； 3)介质损耗的测量：绝缘介质老化往往反映在绝缘介质在交变电场的 作 用下其极化过程发生了改变，非弹性极化增强使极化过程中的有功损 耗增加，使绝缘介质的介质损耗率增大 ， 因此可 采用测量电 力变压器绝缘套管电压与套管末屏接地电流间相位差的方法 对绝缘套管介质损耗 判断 ，根据绝缘套管介质损耗的情况判断变压器的运行情况 [16]。 变压器红外在线监测的目的和意义 自从无损检测技术引入到电力行业中来以后 ，电力设备的 维护质量得到了质的飞跃，这其中 尤以 红外诊断技术发展最快。 红外检测技术是 “ 九五 ” 国家科技成果重点推广项目，红外检测是一种在线监测 (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辐射， 然后 将其热像显示 出来，用户可通过热像 准确判断物体表面的温 度分布情况， 这种检测方法 具有准确、实时、快速等优点 [2]。 红外诊断可以做到对故障点的准确直观检测，也可以做到预知检修，从而降低了维修成本，提高了设备的可靠性。 用红外检测技术对电力诊断具有如下优点：1 绪论 硕士论文 4 诊断效率高、判断准确、图像直观、安全可靠、非接触探测、不受电磁干扰、探测距离远、探测速度快以及可以进行在线检测等。 特别是对悬空的或者运动的带电设备，红外诊断技术更具有突出的优点。 红外诊断技术是检测设备温度异常的理想技术，它将成为对电力系统进行可靠性分析、故障预测和改革维修制度的理想工具 [17]。 目前比较常用的是采 用手持式热像仪定期对电力设备进行人工巡检，这种方式使得检测人员工作量大，再加上节前保 电 、迎峰度假等非计划测温工作，造成检测人员容易疲劳，增加了工作的不安全性，同时也降低了设备故障的检出率；另外由于近年来电力系统发展较快，电力设备较多，而且 有些 变电站路途遥远， 从而导致 测温往往不在负荷高峰期进行， 以 致部分热缺陷不能及时 地 被发现，同样也降低了设备故障的检出率。 变压器 红外 在线监测系统通过软件 控制 热像仪 ， 实现 每天定时自动巡检，易于 及时发现存在过热性缺陷的设备。 另外 通过自动采集，能形成输变电设备 整个运行寿命期内的红外 图库，可以为输变电设备全寿命周期 的 研究工作提供技术资料 ，还可以 通过软件实现对输变电设备的远程监控，快速生成红外分析专业报告，为专业人员远程实时分析设备缺陷提供依据 [18]。 变压器红外在线监测兼具了红外诊断技术和远程监控的优点， 具有 非常 广阔的应用前景。 课题研究的主要内容 本课题 是 某市 供电局的一科技项目，对 该局 城西变电站的一 110KV 的 主 变压器进行在线监测 ，监测现场 如图 所示。 根据对 以往 该变电站变压器故障原因的总结，在变压器存在潜在故障时，首先出现明显温升的是图 中标注的高压侧和中压 侧 的三相接 头， 本课题的 主要 目的 是通过这六个接头的温度和一些辅助区域温度来判断变压器的运行情况，发现潜在 隐患 ，从而提前做出预警 ，及时检修。 在这些隐患引发更大规模的停电事故之前将其排除，保证系统的稳定运行，将其可能造成的损失降至最低 ；另一方面 本课题所设计的 系统 实现 了 远程监测，也就是说 该变电站 使用 本 系统 以后， 无需专人定期巡检，节省了人力物力 ， 由此可见， 这 是一种一举多得的监测方法， 有很强的 应用价值。 根据电力变压器运行中发生故障的特有特点和运行现场的监测条件， 本课题 选择合适的热像仪，搭建了系统的软硬件平台，设计 实现了 电力变压 器过热故障在线监测系统。 目前 该系统 已在 该市 城西变电站稳定工作，且运行效果良好，达到了设计要求，实现了用户预期的目标。 硕士论文 基于红外测温技术的电力变压器过热故障在线监测系统的设计与开发 5 图 变电站的 110K。