窜温检测:保障设备安全运行的关键环节
在电力系统、高压电器设备(如变压器、开关柜、GIS组合电器)、电机以及各种涉及密闭腔体或油路的机械系统中,“窜温”是一个需要高度警惕的现象。它指的是由于绝缘劣化、接触不良、内部放电、油路堵塞或散热不良等原因,导致设备内部局部区域或相邻部件间出现异常的温度升高,其温度显著高于正常工况下的预期值或相邻区域的温度。这种异常的温升往往是设备潜伏性故障的先兆信号,如不及时检测和处理,轻则加速设备老化、缩短使用寿命,重则可能引发设备起火、爆炸等严重事故,造成巨大的经济损失甚至危及人身安全。
因此,窜温检测作为设备状态监测和故障诊断的核心项目之一,其重要性不言而喻。它通过系统性地识别、定位和量化设备运行过程中的异常温度点,为设备的预防性维护、安全运行和寿命评估提供关键的科学依据。有效的窜温检测能够帮助运维人员及时发现隐患,采取干预措施,防患于未然。
核心检测项目
窜温检测的核心项目主要围绕识别和评估异常温度分布展开:
- 关键部位温度监测: 重点监测设备中易发热或对温度敏感的部件,如高压设备的触头、连接点、套管引线接头、变压器铁芯/夹件、电机绕组及轴承部位、散热器进出口等。
- 温度场分布分析: 扫描设备表面或内部(通过视窗或传感器),获取整体的温度分布图像或数据,寻找局部过热区域(Hot Spots)。
- 相对温差比较: 比较同一设备上对称位置(如三相设备的各相相同部位)、同类设备(在相同负载和环境条件下)相同部位的温度差异。
- 温升趋势分析: 对关键测点进行连续监测,分析温度随时间的变化趋势,识别是否存在异常升高的趋势。
- 最高温度点识别与定位: 精确找到设备上的温度最高点及其具体位置。
- 温度限值判定: 根据设备类型和运行状态,判断测得的温度是否超过相关标准、规范或设备制造商规定的安全运行限值。
主要检测仪器
根据检测原理和应用场景的不同,常用的窜温检测仪器包括:
- 红外热像仪: 最常用且高效的非接触式检测仪器。它通过接收物体自身发射的红外辐射,将其转换为可见的热图像(温度分布图),能够直观、快速、大面积地扫描设备表面温度,精确定位过热点。具有安全(无需接触带电设备)、高效、直观的优点。选择时需关注分辨率、热灵敏度、测温范围和精度等参数。
- 红外点温仪(测温枪): 用于对已知或怀疑的特定点进行快速、便捷的接触式或非接触式(近距离)单点温度测量。操作简单,成本较低,但效率低于热像仪,且难以发现未知的过热点。
- 光纤光栅温度传感器: 理想的内部直接测温技术。将带有温度敏感光栅的光纤预埋或植入设备关键部位(如变压器绕组内部、高压电缆接头内部、发电机定子槽内)进行直接、实时、连续的在线温度监测。抗电磁干扰能力强,适用于强电磁场环境,精度高,可分布式测量。
- 无线温度传感器/测温贴片: 通常由电池供电的小型传感器,安装在设备内部或表面的关键点(如开关触头),通过无线方式(如Zigbee, LoRa, NB-IoT等)将温度数据发送至接收主机。适用于难以布线或需要长期在线监测的场景。
- 热电偶/热电阻: 传统的接触式测温传感器,需要连接显示仪表或数据采集系统。精度较高,但安装布线通常较复杂,且部分高压环境应用受限。
常用检测方法
窜温检测通常采用以下几种方法或组合:
- 红外热成像分析法:
- 全面扫描: 使用红外热像仪对设备进行全方位扫描,生成热图像。
- 热点识别: 分析热图像,识别出显著高于环境温度或相邻区域温度的“热点”。
- 温度测量与记录:
对识别出的热点进行精确测温,并记录其位置、温度值、环境温度、负载情况等信息。
- 相对温差法: 计算热点温度(T1)与正常参考点温度(T2)之间的相对温差δt(δt = (T1 - T2) / T1 * 100%),结合标准判断其严重程度。
- 同类比较法: 比较同一设备三相间或同类设备在相同工况下相同部位的温度差异。
- 在线连续监测法: 利用预埋的光纤光栅传感器、无线温度传感器或固定安装的红外探头等,对关键点进行24/7连续温度监测和数据记录,实时报警并分析温度趋势。适用于重要或高风险的设备。
- 定期点检法: 使用红外点温仪或热像仪按照预定周期对设备的关键点进行巡视测温。
- 诊断性试验结合法: 在进行其他试验(如回路电阻测试、介质损耗测试)时,同步进行温度监测,或者通过短时增加负载(需谨慎)来诱发和观测可能的窜温现象。
遵循的检测标准与规范
窜温检测的实施和结果判定需要严格遵循相关的国家、行业标准及设备制造商的技术规范,以确保检测的科学性、有效性和可比性。主要标准包括:
- GB/T 11022-2020 《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》: 规定了高压开关设备温升试验的要求和限值。
- DL/T 664-2016 《带电设备红外诊断应用规范》: 国内红外检测的核心标准。详细规定了电力设备红外检测的方法、仪器要求、检测周期、缺陷判断依据(包括相对温差法、同类比较法、热谱图分析法等)以及各类设备的典型缺陷特征和诊断判据。
- GB/T 3485-2018 《评价企业合理用电技术导则》: 包含部分电气设备经济运行温度的要求。
- GB 1094.2-2013 《电力变压器 第2部分:液浸式变压器的温升》: 规定了变压器的温升限值和试验方法。
- IEEE Std C57.91-2011 《IEEE Guide for Loading Mineral-Oil-Immersed Transformers》: 提供了变压器热点温度计算和寿命评估的指导(国际常用)。
- IEC 60439 《低压开关设备和控制设备组件》: 包含温升要求。
- 制造商技术规范: 设备制造商提供的技术手册或说明书通常会明确规定关键部件的允许最高温度或温升限值,这是非常重要的判据。
在具体检测实践中,检测人员需要根据被检设备的类型、电压等级、运行工况、环境条件等因素,选择合适的仪器、方法,并严格参照适用的标准规范进行检测操作、数据记录、结果分析和缺陷等级判定,最终形成专业的检测报告,为设备的维护决策提供坚实的技术支撑。
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