Общие сведения о тепловизионном контроле объектов.

В последние годы в электроэнергетике намечается тенденция к последовательному переходу от системы планово-предупредительных ремонтов к ремонтам по действительному техническому состоянию оборудования. Такой переход предопределяет внедрение и развитие различных методов диагностики состояния электрооборудования. Одним из таких методов является тепловизионный контроль электрооборудования.

Прежде чем перейти к тепловизионному контролю оборудования рассмотрим основные принципы измерения температуры объектов на расстоянии.Как измеритель температуры общеизвестен термометр, измеряющий температуру объекта при прямом контакте с ним. Если необходимо измерить температуру объекта, непосредственный контакт с которым опасен или невозможен (гирлянда изоляторов ВЛ), контактный термометр не годится. Для такого измерения необходим пирометр.

Пирометр определяет температуру объекта по силе инфракрасного излучения, которое выделяет каждый объект. Инфракрасное излучение через объектив попадает на чувствительный элемент пирометра, который выдает напряжение, пропорциональное температуре источника излучения. Электронные преобразователи пирометра формируют на дисплее цифровую запись значения температуры. Пирометр измеряет температуру только в определенной точке объекта.

Для получения картины распределения температуры по всему объекту (трансформатору) требуется тепловизор, в котором чувствительный элемент быстро и автоматически перемещается по вертикали и горизонтали. В оперативной памяти тепловизора создается таблица из строк и столбцов (рис. 4.1), в каждой ячейке которой находится информация о температуре одной точки объекта. Размер таблицы на рис. 4.1, показан упрощенно. В реальных тепловизорах количество ячеек намного больше. Например, в тепловизоре ThermaCAM E2 формируется таблица размером 160х120 ячеек.

После записи в памяти тепловизора информации о температурах точек объекта происходит создание изображения, в котором каждой точке с определенной температурой присваивается свой цвет: чем выше температура, тем ярче цвет.Изображение передается на жидкокристаллический дисплей. Это изображение, напоминающее естественное изображение объекта, является искусственным, поскольку создано по температурам точек реального объекта.

Наличие связи тепловизора с персональным компъютером позволяет хранить полученную информацию в формате JPEG.

В рассмотренном на рис. 4.1 случае диапазон температур объекта составляет 10оС (20…30оС). Пусть в цветовой палитре имеется 10 цветов: первый цвет (нижний) – черный, второй цвет (следующий снизу) – более светлый, …, десятый цвет (верхний) - белый. Все точки объекта с температурой от 20 до 21°С закрашиваются черным цветом, точки с температурой от 21 до 22°С – вторым цветом, …, точки с температурой от 29 до 30°С закрашиваются десятым белым цветом. Такая раскраска выполняется специальной программой, заложенной в тепловизор.

Рис. 4.1. Этапы получение теплограммы объекта

Если разность температур различных точек объекта составляет 10°С, а в цветовой палитре 10 цветов, разрешающая способностьтепловизора составляет 1°С (каждому градусу соответствует свой цвет). Тепловизоры выполняются с различной разрешающей способностью и различным температурным диапазоном.При тепловизионном контроле электрооборудования следует применять тепловизоры с разрешающей способностью 0,1…0,2°С. Это означает, что две точки объекта с разностью температуры 0,1..0,2оС будут отличаться цветом. Верхний предел температурного диапазона тепловизора должен быть не менее 200 ° С, нижний –около 0оС.Искусственное изображение, несущее цветовую информацию о температурах различных точек объекта, называется теплограммой объекта, а исследование объектов с помощью тепловизора – тепловизионным контролем.

Характерные теплограммы оборудования с дефектами. Некоторые характерные теплограммы электрооборудования с дефектами различного характера приведены в табл. 4.1. Эти теплограммы получены в Мосэнерго и Тулэнерго при тепловизионном контроле электрооборудования и опубликованы в Интернете.

Характерные теплограммы электрооборудования с дефектами.Таблица 4.1

Оборудование	Теплограмма	Что наблюдается	Причина
Трансформатор		Отсутствие нагрева одного из радиаторов системы охлаждения	Забита шламом труба радиатора или закрыт вентиль
Трансформатор тока		Перегрев контактного соединения	Ослабление контактного соединения, увеличение переходного сопротивления
Трансформатор напряжения		Повышенный нагрев фарфоровой покрышки	Витковое замыкание
Масляный выключатель		Перегрев контактного соединения	Ослабление контактного соединения, увеличение переходного сопротивления
Масляный выключатель		Перегрев контактных соединений	Ослабление контактных соединений, увеличение их переходных сопротивлений
Разьединитель		Перегрев контакта между ножами	Ослабление контактного давления и увеличение переходного сопротивления

Тепловизионный контроль оборудовании

Тепловизионный контроль оборудования РУ на напряжение до 35 кВ должен проводиться не реже 1 раза в 3 года, для оборудования напряжением 110…220 кВ – не реже 1 раз в 2 года. Оборудование всех напряжений, работающее в зонах с высокой степенью загрязнения атмосферы должно проверяться ежегодно.

Тепловизионный контроль всех видов соединений проводов ВЛ должен проводиться не реже 1 раза в 6 лет. ВЛ, работающие с предельными токовыми нагрузками, большими ветровыми и гололедными нагрузками, в зонах с высокой степенью загрязнения атмосферы, а также ВЛ, питающие ответственных потребителей, должны проверяться ежегодно. Оценка теплового состояния электрооборудования и токоведущих частей в зависимости от условий их работы и конструкции может осуществляться: по допустимым температурам нагрева; превышениям температуры; избыточной температуре. коэффициенту дефектности; динамике изменения температуры во времени; путем сравнения измеренных значений температуры объекта с другим, заведомо исправным оборудованием.

Превышение температуры - разность между измеренной температурой нагрева и температурой окружающего воздуха.

Наибольшие допустимые температуры нагрева Θдоп и превышения температуры ∆Θдоп для некоторого оборудования, его токоведущих частей, контактов и контактных соединений приведены в табл. 4.2.

Избыточная температура - превышение измеренной температуры контролируемого узла над температурой аналогичных узлов других фаз, находящихся в одинаковых условиях.

Коэффициент дефектности – отношение измеренного превышения температуры контактного соединения к превышению температуры, измеренному на целом участке шины (провода), отстоящем от контактного соединения на расстоянии не менее 1 м.

Рассмотрим основные принципы тепловизионного контроля оборудования систем электроснабжения.

Состояние контактов и контактных соединений оборудования оценивается по избыточной температуре при рабочих токах нагрузки Iраб = 0,3 … 0,6Iном. В качестве норматива используется значение температуры, приведенное к 0,5Iном

(4.1)

где ∆Θ0,5 - избыточная температура при токе нагрузки 0,5 I ном;∆Θраб - избыточная температура при рабочем токе нагрузки I раб.

Наибольшие допустимые температуры нагрева Таблица 4.2

Контролируемые узлы	Θдоп, оС	∆Θдоп, оС
Токоведущие неизолированные металические части
Контакты из меди и ее сплавов
Аппаратные выводы из меди, алюминия и их сплавов
Болтовые контактные соединения
Предохранители на напряжение 3 кВ и выше
Встроенные ТТ: обмотки магнитопровод	- -
Жилы силовых кабелей в режиме нормальном/аварийном с изоляцией: -из полихлорвинила и полиэтилена -из сшитого полиэтилена -из резины -из пропитанной бумаги при напряжении, кВ: 1 и 3	70/80 90/130     80/80 65/75

Примечание. Контакт – токоведущая часть аппарата, которая во время операции размыкает или замыкает электрическую цепь; контактное соединение – токоведущее соединение (болтовое, сварное или другое), обеспечивающее непрерывность токовой цепи.

Тепловизионный контроль при рабочих токах, меньших 0,3Iном, не способствует выявлению дефектов на ранней стадии их развития.

Степень неисправности контактов и контактных соединений оценивается следующим образом:

∆Θ0,5 = 5…10°С - начальная степень неисправности, которую следует держать под контролем и принимать меры по ее устранению во время проведения ремонта, запланированного по графику;

∆Θ0,5 = 10…30°С - развившийся дефект; следует принять меры по устранению неисправности при ближайшем выводе электрооборудования из работы;

∆Θ0,5 > 30°С - аварийный дефект, требующий немедленного устранения.

Токоведущие части. При оценке теплового состояния токоведущих частей различают степени неисправности, исходя из следующих значений коэффициента дефектности:

до 1,2 – начальная степень неисправности, которую нужно держать под контролем;

1,2…1,5 – развившийся дефект; следует принять меры по устранению неисправности при ближайшем выводе линии из работы;более 1,5 – аврийный дефект; требуется немедленное устранение.

Силовые трансформаторы. Тепловизионный контроль трансформаторов напряжением 110 кВ и выше производится при решении вопроса о необходимости их капитального ремонта. Снимаются теплограммы поверхности бака трансформатора, элементов системы охлаждения, вводов и другие.

При анализе теплограмм: сравниваются между собой нагревы вводов разных фаз трансформатора; сравниваются нагревы исследуемого трансформатора с нагревами однотипных трансформаторов; проверяется динамика изменения нагревов во времени и в зависимости от нагрузки; определяются расположения мест локальных нагревов; сопоставляются места локальных нагревов с расположением элементов магнитопровода и обмоток; определяется эффективность работы систем охлаждения.

Маслонаполненные вводы. Состояние ввода оценивается по распределению температуры по высоте ввода. На рис. 4.2 показан характер распределения температуры по высоте маслонаполненного ввода при нормальном его состоянии и некоторых дефектах [15].

Случай Д иллюстрируется теплограммой, приведенной на рис. 4.3. Видно, что температура средней части правого ввода ниже, чем в двух других фазах.

Измерительные трансформаторы. Для оценки состояния внутренней изоляции измеряются температуры нагрева поверхностей фарфоровых покрышек, которые не должны иметь локальных нагревов, а значения температуры, измеренные в одинаковых зонах покрышек трех фаз, не должны отличаться между собой более чем на 0,3°С.

 

Рис. 4.2. Характер распределения температуры по высоте маслонаполненного ввода.

Нормальное распределение температуры (А); распределение температуры при наличии короткозамкнутого контура в маслорасширителе (Б); при перегреве внутренних контактных соединений (В); при понижении уровня масла (Г); при нарушении циркуляции масла (разбухание бумажного остова на токоведущем стержне, шламообразование и т.п.) (Д).

Рис. 4.3. Теплограмма вводов трансформатора

Аппараты защиты от перенапряжений. Признаками исправного состояния вентильного разрядника являются:

одинаковый нагрев во всех фазах верхних элементов в местах расположения шунтирующих резисторов;

практически одинаковое распределение температуры по элементам одной фазы разрядника; отличия температур должны находиться в пределах 0,5-5°С в зависимости от количества элементов в разряднике.

Оценка состояния нелинейных ограничителей перенапряжений осуществляется путем пофазного сравнения температур, измеренных по высоте и периметру покрышки ограничителя. На покрышке не должно быть зон локального нагрева.

Конденсаторы. Температуры нагрева корпусов конденсаторов одинаковой мощности при одинаковой загрузке не должны отличаться между собой более чем в 1,2 раза.

Силовые кабели. Температура нагрева токоведущих жил кабелей, измеренная в местах их подсоединения к аппаратам, не должна превышать допустимого значения.

Воздушные линии электропередачи. Оценка состояния контактных соединений алюминиевых и сталеалюминиевых проводов проводится по коэффициенту дефектности. Нормами [14] устанавливаются следующие степени дефектов в зависимости от величины коэффициента дефектности:до 1,2 – начальная степень неисправности, которую нужно держать под контролем;1,2…1,5 – развившийся дефект; следует принять меры по устранению неисправности при ближайшем выводе линии из работы;более 1,5 – аврийный дефект; требуется немедленное устранение.

В заключение следует отметить основные преимущества тепловизионного контроля перед традиционными методами оценки состояния оборудования.Тепловизионный контроль производится в рабочем состоянии оборудования, то есть под нагрузкой и напряжением. Результаты обследования в таком состоянии являются более достоверными, чем результаты обследований после снятия нагрузки или напряжения. Так, например, для гирлянды изоляторов нагрузкой является не только напряжение, но и тяжение провода. Замеченное тепловизором повреждение изолятора гирлянды может оказаться незамеченным при осмотре гирлянды после снятия с опоры.

Тепловизионный контроль проводится без отключения оборудования и в любое время. Поэтому тепловизионное обследование оборудования не мешает предприятию выполнять свою основную задачу по передаче и распределению электроэнергии.

Поскольку повреждения выявляются на работающем оборудовании, то имеется запас времени для подготовки вывода дефектного оборудования в ремонт, не отключая электроустановку и сокращая время ремонта до минимума.

Наряду с другими видами современной диагностики, в частности с хроматографическим анализом трансформаторного масла, тепловизионный контроль позволяет:

предупредить возникновение аварийных ситуаций в электрооборудовании и тем самым повысить надёжность электроснабжения потребителей;

значительно снизить затраты на ремонты, поскольку повреждения выявляются на ранних стадиях;

оценить действительное состояние электрооборудования с определением запаса его работоспособности, что особенно актуально для оборудования, отработавшего 15 лет и более.