Некоторые аспекты тепловизионной диагностики электрооборудования

Введение

Тепловизионный контроль электрооборудования – одна из первых сфер применения теплового метода неразрушающего контроля для нужд промышленных предприятий.

Со времени появления первого портативного устройства для визуализации и измерения тепловых полей объектов, был накоплен обширнейший материал в области контроля состояния различных электротехнических устройств.

Наша страна не оставалась в стороне от внедрения передовых технологий бесконтактной диагностики и контроля состояния электроустановок. В методических аспектах проведения диагностики электрооборудования следует признать наличие положительной ситуации в отрасли. Наибольший интерес представляют наработки крупных проектных институтов, аккумулировавших серьезную базу данных по результатам теплового контроля электрооборудования. Не менее важную значение имеют результаты обследования компаний, проводящих обследования для собственных нужд и накопивших результаты диагностики более чем за десятилетие.

В тепловизионной диагностике электрооборудования фактор времени имеет ключевое значение, поэтому накопление данных в различные периоды года, до и после плановых ремонтов, вывода оборудования, подачи различных нагрузок и т.п. позволяет принимать обоснованные управленческие решения и избегать аварийных ситуаций.

Авторами настоящей статьи для нескольких подстанций Подмосковья показано:

Распределение соотношения аварийный дефект/развившийся дефект/начальная степень дефекта во многих случаях описывается пропорцией 55/35/10.
Не смотря на то, что дефекты электрооборудования, как правило, проявляются в значительном превышении температуры относительно соседних нагруженных фаз, можно выделить время года, наиболее благоприятное, для выделения аномалий на конкретных видах устройств.
Экономическая целесообразность проведения тепловизионного обследования электрооборудования проявляется в снижении объемов плановых работ, оперативном устранении аварийных дефектов, возможности планирования капитальных вложений в энергохозяйство.

В настоящей статье приведены примеры диагностики состояния оборудования ОРУ 110/330 кВ Российской гидроэлектростанции деривационного типа, ряда тепловых электростанций, сетей, промышленных предприятий, выполненных коллективом ООО «Геоэкология Инжиниринг».

Особенности тепловизионного контроля электрооборудования

Аналогично диагностике других объектов (здания, дымовые трубы, трубопроводы и т.п.), тепловизионная диагностика электрооборудования сопряжена с рядом ограничений, накладываемых погодными условиями:

Солнечная радиация способна нагревать контролируемый объект и давать ложные аномалии на объектах с высокой отражательной способностью. Оптимальное время для проведения диагностики – ночь или пасмурный день.
Ветер. Диагностика на открытом воздухе сопряжена с влиянием на тепловые поля динамики воздушных масс. Причем, охлаждающее влияние может быть настолько интенсивным, что данные диагностики могут иметь не релевантный характер. Не рекомендуется проводить обследования при скорости ветра, превышающем 8 м/с.
Дождь, туман, мокрый снег. Диагностику можно проводить только при слабых сухих осадках (снег) или слабом моросящем дожде.

Другой группой условий, которые необходимо учитывать при обследовании электрооборудования являются характеристики оборудования как объекта изучения:

Токовая нагрузка. Температура токоведущего узла зависит от нагрузки и прямо пропорциональна квадрату тока, проходящему через контролируемый участок. Данное положение проиллюстрировано примером, приведенным ниже.
Нагрев индукционными токами.
Влияние излучательной способности материалов. При коэффициенте излучения объекта меньше 0,2 Инфракрасную диагностику проводить не целесообразно.

Третья группа ограничений – оборудование:

Развитие матричных технологий за последнее пятилетие привело к значительному удешевлению приборов на базе микроболометрических технологий. Однако, следует учитывать требования руководящих документов и требований к диагностическим приборам, предъявляемых заказчиком. Так, если для контроля электрических шкафов можно использовать визуализирующий прибор на базе матриц менее 160х120, то контроль высоковольтного оборудования, даже прибором с такой матрицей, будет крайне затруднен. Идут неутихающие споры производителей, готовых финансировать продвижение своих идей в нормативы, о спектральных характеристиках тепловизоров, наиболее благоприятных для контроля оборудования. Оставим этот спор в стороне, отсылая к учебнику по физике, где специалист, сам в состоянии подчерпнуть информацию о преимуществах и недостатках 3-5 или 8-12 мкм.
В качестве сопутствующих к тепловизору устройств для тепловизионного контроля мы советуем применять : портативную метеостанцию, инфракрасный пирометр, фотоаппарат (встроенными сложно делать хорошие фото в ночное время), штатив, необходимый набор линз, бинокль, дальномер лазерный, средства индивидуальной защиты.

Базовые нормативы, методики тепловизионного обследования электрооборудования

РД 153-34.0-20.363-99 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ ИНФРАКРАСНОЙ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И ВЛ.
Объемы и нормы испытаний электрооборудования, РД 34.45-51.300-97, РАО «ЕЭС России», Москва, ЭПАС, 1998.
Рекомендации по проведению тепловых испытаний силовых масляных трансформаторов (и автотрансформаторов) на месте их установки, Москва, Энергия, 1972 год.
С.А. Бажанов «Инфракрасная диагностика электрооборудования распределительных устройств». Приложение к журналу «Энергетик», Москва, 2000 год.
В.П. Вавилов «Инфракрасная термография и тепловой контроль», и.д. Спектр, Москва, 2009 год.
Неразрушающий контроль, том. 5, справочник под редакцией Клюева, Москва, Машиностроение, 2002 год.

Примеры тепловизионной диагностики электрооборудования:

Тепловизионный контроль силовых трансформаторов.

Тепловизионная диагностика трансформаторов тока – один из наиболее ответственных и сложных видов теплового контроля состояния электрооборудования, который целесообразно проводить в комплексе с ставшими уже классическими методами – хроматографией и анализом компонентного состава газов в масле.
Ниже приведены термограммы, визуализирующие контроль состояния трансформатора тока и основные диагностируемые параметры.

Термограмма 1. Нагревов в местах подсоединений внешних проводников к зажимам вводов не выявлено. Температура тел маслонаполненных вводов имеет однородное распределение.

Термограммы 2,3. Анализ температурных полей на поверхности трансформатора выявляет следующие характеристики:Максимальная температура на поверхности АТ 42.25 °С. Температура маслонасосов ~ 37.8 °С и имеет равномерный нагрев по поверхности. Дутьевые вентиляторы со стороны ОРУ 110 кВ находятся в работе и имеют однородную температуру. Уровень масла в расширительном баке можно оценить по распределению температур на его поверхности (зеленый цвет палитры, температура ~ 30 °С).

Тепловизионный контроль трансформаторов напряжения Сложный для анализа и неоднозначный в интерпретации вид электрооборудования, включаемый в список на тепловизионную диагностику. Контроль неоходимо проводить с 3-х позиций 120 градусов относительно друг друга . Наилучшее время для диагностики – до наступления летней максимальной температуры.
Ниже приведены примеры тепловизионного обследования трансформаторов тока и основные контролируемые для данного вида электрооборудования параметры.

Термограмма 4. Болтовые соединения зажимов трансформаторов имеют одинаковую температуру. Температура тел трансформаторов имеет однородное распределение. Контроль данных элементов проводился с трех точек и не выявил локальных нагревов и аномальных температурных зон. Для каждой из фаз приведены термопрофили распределения температуры по высоте элемента ТН.

Тепловизионный контроль трансформаторов тока

Контроль неоходимо проводить с 3-х позиций 120 градусов относительно друг друга . Наилучшее время для диагностики – до наступления летней максимальной температуры.

Термограмма 5. Температура тел трансформаторов (фарфоровых покрышек) и расширительных баков имеет однородное распределение. Нагревов болтовых соединений не выявлено. Контроль данных элементов проводился с трех точек и не выявил локальных нагревов и аномальных температурных зон на поверхности тел.

Термограмма 6. Выявлен нагрев болтовых соединений фаз A,B,C в сторону АТ. Аварийный дефект. Требует немедленного устранения. Требуется очистка контактных площадок и протяжка болтовых соединений. Температура тел трансформаторов и расширительных баков имеет однородное распределение. Контроль данных элементов проводился с трех точек и не выявил локальных нагревов и аномальных температурных зон на поверхности тел.

Выключатели масляные, воздушные, вакуумные, элегазовые

Для различных типов выключателей производится измерение температур узлов контактных систем.Аномалии должны картироваться тепловым методом для двух, трех сторон.

Термограмма 7. Контроль данных элементов проводился с трех точек и не выявил локальных нагревов и аномальных температурных зон. Нагревов болтовых соединений не выявлено. Асимметрия температур покрышек фаз не выявлена.

Некоторые аспекты тепловизионной диагностики электрооборудования

Тепловизионное обследование

Консалтинговые услуги

Инженерно-экологические изыскания

Инжиниринговые услуги