高壓輸電線路紅外檢測初探

     架空高壓輸電線路是電力系統的動脈，其運行狀態直接決定電力系統的安全和效益，在華東、華中和廣東曾經發生過高壓架空線路掉線事故。而紅外檢測具有遠距離、不停電、不接觸、不解體等特點，給電力系統線路狀態監測提供了一種先進手段，但是目前我國對線路等的檢測經驗還較少，沒有相應的國家標準。為此，本文就紅外熱像儀在線路紅外檢測時，警界溫升法 ［1］ 和相對溫升法 ［2］ 的不足進行了分析。結合試驗情況，提出了絕對溫差判別法，并對高壓輸電線路缺陷情況進行了探討。   {TodayHot}

1　高壓線路紅外檢測的故障判別方法  

　　文［1］中提出用發熱點相對環境溫度的溫升來判斷熱缺陷，并給出了對不同負荷電流下不同導線接頭過熱的警界溫升表，當被檢測點對環境溫度的溫升大于表中所規定的警界溫升時就認為有缺陷，并按表中的警界溫升確定缺陷種類，這種方法簡單、直觀、實用性較強，但是在線路紅外檢測時存在以下不足：  

　　1) 對于架空高壓輸電線路，由于條件限制，不可能準確測量線路周圍的環境溫度、濕度、風速以及檢測距離，一般采用地面環境溫度、濕度、風速作線路的環境參數，估計檢測距離，這樣所測得的發熱點相對環境溫度的溫升存在誤差，必然帶來熱缺陷判斷的誤差；  {HotTag}

　　2) 對于高壓直流和交流線路，即使相同材料、相同環境條件，由于集膚效應和鄰近效應，在相同負荷電流情況下，交流線路的發熱應比直流嚴重，而文［1］中只根據導線型號和負荷電流來規定警界溫升是有局限性的；  

　　3) 不同設備、不同材料的發熱特性各不相同，在不同條件下的允許溫升應各不相同，例如在有太陽輻射時，會在被檢測對象上附加一定的溫升，這時的警界溫升顯然應與沒有太陽輻射時的不一樣，顯然，簡單地采用這種方法來分析熱缺陷并不方便、準確。  

　　《帶電設備紅外診斷技術應用導則》對電流致熱型設備的熱故障判別提出用相對溫升判斷法，該方法通過分析相對溫差與接觸電阻的變化關系，依托電力行業標準《電力設備預防性試驗規程》(DL/T596)中對接觸電阻的規定 ［3］ ，確定了分析電流致熱型設備熱缺陷的相對溫升判據。這種方法從發熱的內在原因出發確定判斷方法，克服了一些環境因素及負荷電流等對測量結果的影響，對電力設備的紅外診斷具有指導性，但是對于線路的紅外檢測，該判據存在不足：  

　　 1) 目前我國還沒有對運行中的線路金具接觸電阻的定量的國家標準，該導則中所依托的電力行業標準《電力設備預防性試驗規程》中也無規定，因此難以確定相對溫差判斷標準；  

　　 2) 該導則和文［2］中對斷路器、開關以外的所有其它導流設備的相對溫升判斷標準與隔離開關相同，而隔離開關的接觸電阻要求與線路金具的接觸電阻要求不一樣；  

　　 3) 相對溫升法無法考慮太陽輻射引起的附加溫升；  

　　 4) 該導則同時也指出當發熱點的實際溫升<10　K時，相對溫差值與相對電阻偏差值會出現較大的分散性，影響對設備缺陷的準確判斷，而這種類型的熱缺陷在線路上占很大比重；  

　　 5) 該導則認為如負荷率接近100%，就可以參照《交流高壓電器在長期工作時的發熱》(GB763—90)來執行。  

　　對于高壓架空輸電導線的發熱，《交流高壓電器在長期工作時的發熱》(GB763—90)和《高壓直流架空送電線路技術導則》(DL436—91)要求鋼芯鋁絞線的最高工作允許溫度為+70℃，我國目前還沒有高壓交、直流線路金具發熱的國家標準，根據《電力金具通用技術條件》(GB2314—85)，電力金具的電氣接觸性能應符合下列要求：  

　　1) 導線接續處兩端點之間的電阻，應不大于同樣長度導線的電阻；  

　　2) 導線接續處的溫升應不大于被接續導線的溫升；  

　　3) 承受電氣負荷的所有金具，其載流量應不小于被安裝導線的載流量。  

　　根據上述規則，可以認定在正常負荷運行情況下，接續管、耐張線夾、調整板、二線聯板等處的溫度應與直流輸電線路的導線相同或比它小，因此，可以取被檢測對象附近正常運行導線的溫度作為參考溫度，即對于有熱缺陷的地方，可以在離發熱點1　m遠的地方取導線或線路金具的溫度作參考溫度。  

　　此時可采用絕對溫差法來判斷：取被測對象附近1m遠的地方正常運行的導線或線路金具的最高溫度為參考溫度T a ，被測量對象的溫度為T，ΔT＝T－T a ，根據ΔT來判斷熱缺陷情況，這種方法可以消除太陽輻射造成的附加溫升的影響。同時，由于同向性，檢測距離、環境溫度、濕度、風速等參數的不準確性帶來的誤差也減小了。  

　　在對缺陷的判斷標準上，考慮到：  

　　1) 對紅外熱像儀，有一定的測量誤差，如目前很先進的AGEMA的THV570和Inframetrics的PM280，它們的精度為±2%(讀數范圍)或±2℃；  

　　2) 對于已經運行很長時間的線路，由于壓接時對導線有損傷，在長期運行中有腐蝕、磨損，對于運行中的線路金具如接續管等，我們認為應該有一個允許的溫升范圍，而不一定要嚴格按GB2314—85的標準，即線路金具處的溫度不一定要比周圍正常運行導線的溫度低或相等；  

　　3) 由于測量的誤差和參考點選取的隨機性，選取的參考點溫度就有一定變化范圍，從理論分析和實際觀測結果來看，這個溫度范圍<2℃；  

　　4) 由于實際的環境條件千差萬別，使任何紅外熱像儀都不能給出與檢測現場的實際情況吻合的普適的修正方案，再加上紅外熱像儀要求輸入的修正測量溫度的環境參數有誤差，因此測量結果有一定誤差。  


　　綜上分析，并參考有關國家標準和國內外經驗，在滿負荷時(不是額定負荷時，一般的紅外熱像儀可折算到額定負荷)，對高壓線路發熱判別取ΔT超過5℃時可認為有輕微接觸隱患(一般熱缺陷)，ΔT超過15℃即為重大缺陷，ΔT超過40℃即為緊急缺陷。由于測量等各方面的誤差，ΔT判斷缺陷界限值不是絕對的，要根據測量情況具體分析。  

　　按照上述判斷標準，在實際檢測中判斷熱缺陷效果較好，需要指出的是，由于目前國內無相應的國家標準，對輸電線路紅外檢測的經驗還很少，處在摸索階段，有待進一步研究。   

2　高壓線路易發生缺陷部分及原因分析  

　　根據大量紅外檢測結果來看，高壓線路中線路金具的熱缺陷較多，集中在耐張線夾、四分裂變三分裂連接導流板、跳線線夾、接續管等機械連接部分，見圖1～6。圖1中參考點溫度38℃，最高溫度265℃；圖2參考點溫度38℃，最高溫度92℃；圖3參考點溫度24℃，最高溫度60.9℃；圖4參考點溫度17℃，最高溫度24.5℃；圖5參考點溫度22.8℃，最高溫度27.5℃；圖6參考點溫度25℃，最高溫度35.4℃。   

    從我們對葛南直流高壓線路的紅外檢測結果來看，抽查了14個耐張塔和部分導線段的接續管，共發現20個缺陷點，其故障概率如表1所示。   


表1　葛南直流線路紅外檢測情況統計   

熱缺陷部位   
 缺陷點  占總缺陷點的百分比/%    
耐張線夾  6  30    
四變三導流板  4  20    
調整板  3  15    
接續管  3  15    
間隔棒  1  5    
其它  3  15    

造成過熱的原因為：  

　　1) 氧化腐蝕。由于外部熱缺陷的導體接頭部位長期裸露在大氣中運行，長年受到日曬、雨淋、風塵結露及化學活性氣體的侵蝕，造成金屬導體接觸表面嚴重銹蝕或氧化，氧化層都會使金屬接觸面的電阻率增加幾十倍甚至上百倍；  

　　2) 導線接頭松動。導體連接部位在長期遭受機械震動、抖動或在風力作用下擺動，使導體壓接螺絲松動；  

　　3) 安裝質量差。a) 如接頭緊固件未緊到位；b) 安裝時緊固螺絲上下未放平墊圈或彈簧墊圈，受氣溫熱脹冷縮的影響而松動；c) 線夾與導線接續前未清刷，沒有涂電力復合脂，或復合脂封閉不好，使潮氣侵入造成氧化使接觸電阻變大而發熱；d) 鋁導線與銅接點連接未加銅鋁過渡接頭；e) 線夾結構不好，導線在線夾端口受傷斷股；f) 線夾大小與導線不配套，輸電線連接點前后截面及導流能力不匹配；g) 線夾結構造成的磁滯渦流損耗發熱。   

3　結論與建議  

　　a.用絕對溫差法判別架空輸電線路熱缺陷是一種較適用、合理的方法。  

　　b.加強導體監督，導體和絕緣是電力系統中不可缺少的兩部分，導體是電力系統的動脈，導體(如線路金具、導線、接頭等)的性能直接決定電力系統安全和送電性能。長期以來，電力系統一直比較重視絕緣監督，絕緣事故越來越少，而對導體監督就缺乏有力的管理和技術上的檢測手段，對導體的運行水平就不如絕緣那樣心中有數；紅外熱像儀給我們提供了一種方便有效的導體監督手段；  

　　c.從大量檢測結果來看，采用爆壓的線路金具故障率比采用液壓的高很多，如廣東高壓線路接續金具采用液壓后，故障率明顯下降；  

　　d.在線路安裝施工上要加強管理。