Тепловизионный контроль оборудования подстанций

1.

18 марта 2009 года
КОРПОРАТИВНЫЙ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•1

2.

«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•2

3.

В настоящее время цена инфракрасных камер
существенно снизилась , что позволяет их широко
использовать.
Инфракрасные камеры на первый взгляд просты в
эксплуатации и позволяют быстро получить значение
температуры, однако на сколько она актуальна ?
Измерение фактической температуры при помощи
инфракрасных камер камер требует знания свойств
материалов и свойств теплопередачи
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•3

4.

Почему температурные измерения неточны ?
Температура крепления плавкого предохранителя явно выше температуры металлической чашечки
(наконечника ) предохранителя.
Температура тела предохранителя под наконечником явно выше его температуры
Чтобы понять причину этого несоответствия рассмотрим физику процесса
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•4

5.

Всем телам соответствует инфракрасное излучение, которое зависти от типа тела.
Соответствие интенсивности излучения от температуры определяется законом
Стефана-Больцмана.
Где :
Q = интенсивность излучения
e = излучательная способность
σ = постоянная Стефана-Больцмана
T = абсолютная темпрература
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•5

6.

Материалы постоянно находятся в контакте с окружающей средой и
стремятся к термическому равновесию с этой средой (выравниванию
температуры).
В этом поиске теплового равновесия температурный обмен происходит
через три механизма : проводимость, конвекция, излучение
Так как теплопередача через излучение не связана с физическим
контактом , полная энергия подчиняется следующему закону :
•r = коэффициента отражения
•a = коэффициент спектральной поглощательной способности
•t = коэффициент передачи
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•6

7.

Согласно закону Кирхгофа , способность объекта
поглощать излучения связано с его способностью
излучать , следующим соотношением :
a = коэффициент спектральной поглощательной
способности
e = излучательная способность
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•7

8.

Не только наконечник предохранителя имеет температуру
больше чем 313К, самая горячая точка имеет реально более
высокую температуру, чем 329К.
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•8

9.

Имеем круглый блок нержавеющей стали при комнатной температуре. На
изображении , полученном инфракрасной камерой температура
действительно приблизительно 299К.
Поместим блок в печь на 3 часа с температурой 353К. После проверки
инфракрасной камерой температура всего 308 К, используя термопару
убеждаемся , что реальная температура 350 К ! Как такое может быть ???
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•9

10.

Закрасим половину другого блока нержавеющей стали чёрной краской и
поставим в печь на 3 часа. После нагрева неокрашенная часть также имеет
температуру 308 К , а окрашенная 350 К, что соответствует температуре
измеренной термопарой. Регулируя на инфракрасной камере уровень
излучательной способности в нашем эксперименте, приходим к выводу
что он является приблизительно 0,15 для неокрашенной поверхности
нержавеющей стали
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•10

11.

Закон Стефана-Больцмана действителен, когда полный спектр
инфракрасной энергии учтен в измерении. Часто полезно
использовать узкую спектральную полосу, которая
соответствует пику интенсивности инфракрасного излучения
объекта.
Закон смещения Вина помогает нам определить пиковую длину
волны для объекта с определённой температурой
= пиковое значение длины волны излучения
b=2897 µm/K
T= температура ( в Кельвин )
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•11

12.

Просверлим в стальном диске 3 отверстия диаметром 3,2 мм : первое
глубиной 3,2 мм, второе глубиной 6,4 мм, третье глубиной 9,5 мм.
Поместим диск в печь с температурой 353 К на 3 часа.
Измеренная инфракрасной камерой температура :
Первое отверстие ( глубина 3,2 мм) - 308 К
Второе отверстие ( глубина 6,4 мм) - 319 К
Третье отверстие (глубина 9,5 мм) - 333 К
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
ε= 0,25
ε= 0,35
ε= 0,45
•12

13.

Важно отметиь , что температура в щелевом отверстии разъединителя , а
также в углублении головки болта выше чем температура прилегающих
поверхностей, что моделирует эффект впадины черного тела.
Важно понимание очевидного и фактического температурного измерения.
Фактическое температурное измерение требует понимания физики ,
теплопередачи и особенностей материалов
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•13

14.

Можно различить два подхода в термографических тестах :
количественный и качественный.
Количественный подход основан на определении излучательной
способности каждого компонента так, чтобы точные значения
температуры были зафиксированы. Эта практика имеет несколько
сомнительную ценность.
Качественный подход основан на сравнении аналогичных объектов при
аналогичных нагрузках оставляя излучательную способность при этом
равной 1,0
В первом примере с выключателем ценность исследования заключается в
понимании того , что фаза А более горячая. Важно также измерить
нагрузку на всех фазах
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•14

15.

Необходимо понимать , что излучательная способность объекта не может
быть рассмотрена без других компонентов : отражения , передачи.
Согласно закону Кирхгофа излучательная способность равнозначна
способности поглощения.
Диапазон длин волн инфракрасной камеры также оказывает значительное
влияние на результаты обследований. Согласно закону смещения Вина для
черного тела : чем выше температура , тем короче длина волны.
Диапазон температур при обследовании энергетических объектов лежит в
пределах 250-500К что соответствует диапазону длин волн
λ=2897/250=11,6 µm - λ=2897/500=5,8 µm
Однако у различных материалов существуют локальные пики
интенсивности излучения , позволяющие при правильном выборе датчика
получать более полную картину его состояния , например : для
полимерных изоляторов важен диапазон вблизи 7-7.5 µm
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•15

16.

Учитывая все вышеизложенное можно сделать вывод , что для
получения информационной термограммы необходимо :
- Учесть или исключить эффект отражения
- Производить диагностику однотипных объектов с
одинакового расстояния и под одним и тем же углом к
плоскости исследуемого объекта
- Правильно выбирать коэффициент излучения
- Учитывать эффект щелей и отверстий , температура которых
на термограмме будет выше температуры прилегающих
элементов
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•16

17.

При помощи инфракрасных камер обследуется следующее оборудование :
- Все типы контактных соединений ошиновки ОРУ , присоединений ,
разъемные контактные соединения разъединителей
- Подвесные и опорные изоляторы
- Силовые трансформаторы
- Вводы масляных выключателей
- Разрядники и ограничители перенапряжений
- Трансформаторы тока
- Трансформаторы напряжения
- Конденсаторы связи
- Высокочастотные заградители
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•17

18.

Контактные соединения
Нагрев верхних контактных
соединений предохранителей
Нагрев места опрессовки
аппаратного зажима
ВЧ-заградителя и шины
Нагрев контактного
соединения полуножей
разъединителя
(губки-нож) шины
Наибольшее число дефектных контактных соединений выявляется в соединении
«нож-губка» разъединителей всех классов напряжения и присоединений к ВЧзаградителям . Отбраковка контактых соединений составляет 1,5 % при
критерии превышения температуры 5° С
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•18

19.

Подвесные и опорные изоляторы
Нагрев опорного
изолятора
Нагрев опорного
изолятора
При исправном изоляторе, температуры фланца и фарфора почти одинаковы и
превышают температуру окружаю-щего воздуха не более чем на 0,5-0,7 град.
Перегрев загрязнённого изолятора может достигать 2 град.
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•19

20.

Силовые трансформаторы
28,1°C
28
26
24
22
20
18
16,1°C
Нарушение циркуляции
масла через правый
радиатор
Термограмма нагретого
болтового соединения
бака трансформатора
Достаточно легко и точно можно обнаружить следующие дефекты:
нагревы внутренних контактных соединений обмоток НН с выводами трансформатора
- места болтового крепления колокола бака
- определить уровень масла в расширительном баке, выхлопной трубе и во вводах
- нарушение в работе систем охлаждения
-
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•20

21.

Масляные выключатели
Нагрев ПИНа
Пониженный уровень
масла во вводе (справа)
Нагрев верхней части бака
-нагрев внешних контактных соединений крепления шлейфов к вводам МВ
-перегревы контактов дугогасящей камеры
-нагрев ПИНа у ввода
-нарушение в работе системы подогрева бака
-пониженный уровень масла во вводах
-ухудшение изоляционных характеристик масла (бак более нагрет по сравнению с
соседними фазами)
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•21

22.

Разрядники и ограничители перенапряжений
Повышенный нагрев
фарфорового ОПН 220 кВ
Повышенный нагрев
полимерного ОПН 220 кВ
Необходимо
выравнивание напряжения
разрядника 330 кВ
-
-
Характерные неисправности
неравномерное распределение напряжения по элементам (для многоэлементных
разрядников)
обрыв шунтирующего сопротивления
увлажнение внутренней части в результате разгерметизации
неправильная комплектация элементов
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•22

23.

Измерительные трансформаторы тока
Нагрев верхней части ТТ
Повышенный нагрев ТТ
Повышенный нагрев ТТ
Типы дефектов
- изменение изоляционных характеристик (tg d основной изоляции)
- витковымые замыкания во вторичных или связующих обмотках
- остаточной намагниченностью после протекания токов КЗ
- изменение характеристик изоляционного масла
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•23

24.

Измерительные трансформаторы напряжения
Локальный нагрев в
средней части ТН
Локальный нагрев в
средней части ТН
Повышенный нагрев ТН
фаза В
Типы дефектов
- витковые замыкания в обмотках
- повышенные потери в стали магнитопроводов
- ухудшение изоляционных характеристик масла;
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•24

25.

Конденсаторы связи
Дефект нижнего каскада
конденсатора связи
Типы дефектов
- повышенный нагрев колонки конденсатора связи - ухудшение изоляционных
характеристик масла (окисление);
- локальный (местный) нагрев на колонке конденсатора связи - пробой одной
или нескольких секций пакета
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•25

26.

Высокочастотные заградители
37,0°C
35
30
Короткозамкнутый
контур опорной
конструкции
25
20
15
12,4°C
Дефекты
- короткозамкнутые витки
- дефектные контактные соединения
- короткозамкнутые контура опорных конструкций
- дефекты высокочастотных блоков
«North-WestEnergo , Co. Ltd»
•26