电气设备热故障分析及对策教学教材Word文件下载.docx
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这部分发热功率为：
式中：
—发热功率（
）
—附加损耗系数
—通过的负荷电流（
—载流导体的直流电阻（
对于多股绞线和空心导体，通常可认为
（2）电介质损耗发热：
由固体，液体或气体等电介质材料构成的绝缘结构是高压电气设备中不可缺少的重要部分。
金属导电材料和电介质绝缘材料是所有电气设备不可缺少的两个组成部分。
同样导电体周围的电介质在作交变场的作用下会产生能量损耗，通常称为介质损耗，其损耗功率用下式表示：
—电介质的有功损耗（
—交变电源的角功率
—介质的等值电容值（
—绝缘介质损耗因数或介质损耗角正切值
由上式可知，介质损耗与承受的电压的平方成正比，与导体所通过的电流无关。
由此可知，电气设备只要加上电压，即使不输送电流也会产生介质损耗。
当绝缘介质的绝缘性能变坏时，会引起介质损耗增大，有功损耗增加，设备运行温度升高。
（3）铁磁损耗发热：
载流导体周围的铁磁物质在交变磁场反复磁化作用下，将产生磁滞、涡流损耗。
铁磁物质在交变磁化下由于内部的不可逆过程而使铁磁物质发热所造成的一种损耗，称为磁滞损耗。
磁滞损耗与频率的一次方成正比，与最大磁感应强度
的
次方成正比。
众所周知，当铁磁物质放置在变化着的磁场中，或者在磁场中运动时，铁磁物质内部会产生感应电动势（或感应电流）。
从图1中可见，涡流是感应电流的一种，在铁芯内围绕着感应强度
呈旋涡状流动，其方向可按楞次定律来决定。
涡流的产生要消耗一定的能量，并随即转变为热能。
涡流对许多电气设备来说是极其有害的，它消耗电能，使铁芯发热，不仅会引起额外的大量功率损失，更严重的是还会使线圈温度过高，甚至损坏线圈的绝缘，造成设备的过热损坏酿成事故。
图1涡流的产生
交变磁通在铁芯中产生磁滞损耗
和涡流损耗
合起来叫做铁磁损耗，简称铁损。
把从电源吸收的能量转化为热量，使铁芯发热。
3、电气设备发热分类
连接点是指电气设备之间以及它们与母线或电缆之间的电气连接部位。
连接点过热已经是电力系统的一个老问题，但随着设备负荷的增加，用户对供电可靠性要求的提高，在设备缺陷管理中成为一个越来越突出的问题，值得我们引起重视，认真研究其发生发展的原因，以便彻底解决。
1、电气设备发热源。
电气设备在工作的时候，由于电流、电压的作用，将产生电阻损耗发热、介质损耗发热、铁损致热等3种热故障。
2、电气设备热故障。
电气设备的热故障可分为外部故障和内部故障。
外部故障是以局部过热，各种裸露接头、连接件的热故障；
内部故障的发热过程一般都较长，且为稳定发热，与故障点接触的固体、液体和气体，都将发生热传导、对流和辐射，从而有许多与设备相距不很远的内部故障所产生的热量，能不断地达到外壳，改变了设备外表面的热场分布。
（1）外部故障
主要是指从外界可以直接观测到的设备部位发生的故障，一类是长期暴露在大气中的各种裸露电气接头因接触不良等原因引起的过热故障。
电气设备外部热缺陷或热故障主要是各种电气引流的裸露接头，包括高压设备或线路中的连接件等由于压接不良或因受到氧化、腐蚀及灰尘的影响，或因材质和加工、安装工艺的问题，或冲击负荷的影响和机械振动等各种原因造成的接触电阻增大而出现的局部过热等。
另一类是由于表面污秽或在机械力的作用下引起的绝缘性能降低而造成的过热故障。
（2）内部故障
主要是指封闭在固体绝缘、油绝缘以及设备壳体内部的电气回路故障和绝缘介质劣化引起的各种故障：
a内部电气连接不良或触头不良故障：
如各种高压电气设备内部导电体连接不良，断路器接触不良，高压釜电力电缆出线鼻端连接不良等。
b介质损耗增大故障：
各种以油做绝缘介质的高压电气设备，一旦出现绝缘介质劣化或进水受潮都会因介质损耗增加而发热，发热功率
，其中
是介质两端的等值电容，此类故障的发热机理属于电压效应发热；
c绝缘老化、开裂或者脱落故障：
许多高压电气设备中的导电体绝缘材料因材质不佳或使用老化引起局部放电而发热，这种故障也属于电压效应发热；
d铁损增大故障：
对由绕组电阻和磁路组成的高压电气设备，因设计不合理，运行效果不佳和磁路工作不正常引起的磁滞、磁饱和漏磁；
或由于铁芯片间绝缘破损造成短路、均可引起局部发热或铁制箱体发热，发热机理为涡流或磁滞损耗发热；
e缺油故障：
油浸高压电气设备因漏油造成油位低下，严重者可引起油面放电，导致表面温度分布异常。
这种热特征，除放电时引起发热外，主要是由于设备内部油面上下介质的热特性不同所致。
4、检查电机发热原因及处理
一、电机发热的原因
电气巡检检查发热时我们需注意以下几个通常导致设备电机发热的原因，并及时处理，防止造成严重的后果及影响。
（1）设备大修时接头未拧紧，当电流通过后可能会发热，甚至发红、冒火、断线；
（2）长期运行的铜铝接头，接触面没有镀银或没有挂锡的接头，因接触面严重氧化，电阻增大，也会成为发热点；
（3）平时流经小电流的接点，因系统突然变化，电流突增，导致接点发热；
（4）系统发生短路故障，过电流使容量不足的接点或有缺陷的接点，发生瞬间冒火等。
由此看来，发热主要是因为接触电阻变大造成的。
严重发热时，首先联系值长减少该点的负荷电流，然后研究处理方案。
这是紧急减少发热的有效办法。
二、检查发热的方法和技巧
运行中的电气设备，要求温度不大于80℃。
超过80℃时，一定要进行处理。
检查发热点的方法很多，下面我介绍几种电气巡检检查发热技巧：
（1）用蜡触试验法：
将试温蜡片粘接在绝缘拉杆端头上触试接点，如缓慢熔化，温度约在55℃；
如很快熔化流淌，温度约在80℃以上；
如速熔并冒油烟，温度约在200℃以上。
（2）雨天看发热点法：
下雨天看发热点处干燥，温度约50℃以上；
如雨滴立即汽化蒸发，温度约在100℃以上；
如发出“嗤啦”声，大雨滴呈滚落状，温度约在200℃以上。
下雨天检查接点发热，易发现，效率高。
（3）雪天看雪熔化法：
接点上雪熔化，温度在0℃以上；
如接点干燥，温度在50℃以上。
（4）使用红外线测温仪：
我厂现在正使用的红外线测温仪是先进仪器，使用较方便，检查发现发热点效果良好，为我厂的安全生产作出很大的贡献。
（5）观察热气流法：
发热体与空气温差达到20℃，如气温20℃，发热点的温度50℃以上时，即能看到微小气流；
如接头温度达到100℃时，“热气流”就非常明显；
如发热点温度达到200℃以上，“热气流”就非常容易被看到。
要想清楚地看到“热气流”的存在，必须借助气流后面的“背景”来观察。
被选择的“背景”要求是黑色、灰色等深色，线条状、网状等都可以。
配电室内的构架、导线及设备等都可以做“背景”，距离远近都可以。
检查某发热点时，巡检人员要不断变换站立位置，使发热点形状与“背景”的形状和角度尽量一致，呈平行状态，再慢慢使接点上方靠近“背景”，只留一点小缝隙，观察缝隙处是否晃动。
如有晃动，该接点发热；
晃动大，发热就很严重了。
（二）电气设备热故障的影响及危害
1、电气设备热故障的影响
发热对电气设备的影响，主要表现在绝缘材料性能降低、机械强度下降和导体接触部分性能变坏等三个方面。
（1）绝缘性能降低
导体和电器绝缘的耐热性是决定其绝缘性能的主要因数。
导体的允许电流，电器的额定功率实际上决定于绝缘在运行中所能承受的最高温度。
绝缘材料的耐热性可用耐热温度来衡量。
所谓绝缘材料的耐热温度，是该类材料所能承受而不致使其机械特性和电气特性降低的最高温度。
按我国的标准，电气绝缘材料按其耐热温度分为七级，其长期工作下的极限温度列入表1内，材料应在该温度下能工作20000h而不致损坏。
表1各级绝缘材料的耐热温度
等级
耐热温度
相应的材料
Y
90
木材、纸、棉花及其纺织品等
A
105
沥青漆、漆布、漆包线及浸渍过的Y级绝缘材料
E
120
玻璃布、油性树脂漆、聚酯薄膜与A级绝缘材料的复合、耐热漆包线
B
130
玻璃纤维、石棉、聚酯漆、聚酯薄膜等
F
155
玻璃漆布、云母制品、复合硅有机树脂漆和以玻璃丝布、石棉纤维为基础的层压制品
H
180
复合云母、硅有机漆、复合玻璃
C
>
石英、玻璃、电缆、补强的云母绝缘材料等
对大部分绝缘材料来说，可以用所谓的“八度规则”经验规律来估算其寿命，即温度每上升8度，则其寿命降低一半。
（2）机械强度降低
当温度高达一定的允许值后，金属材料的机械强度将显著下降，这是因为载流体长期处于高温状态，会使其慢性退火，亦可丧失其机械强度。
当机械强度丧失后，会导致变形或破坏。
为了保证导体可靠地工作，须使其发热温度不得超过一定的值，这个限值叫做最高允许温度。
按照有关规定，导体的正常最高允许温度，一般不超过70℃；
短路最高允许温度可高于正常最高允许温度，对硬铝可取200℃，硬铜可取300℃。
（3）接触部分性能降低
发热使导体接触面氧化并生成氧化薄膜，增加了接触电阻。
氧化速度与触头表面温度有关，当发热温度超过某一临界温度时，这个过程就加速进行，接触部分的弹性元件会被退火，压力降低，接触电阻增加，恶性循环加剧，最后会导致连接状态遭到破坏，严重时造成局部过热火灾。
2、电气设备热故障的危害
（1）电气设备的主要危害
1.温度升高使导体接触部分的接触电阻增大，最后烧坏接触面，影响正常运行。
2.将会恶化导电接触部分的连接状态、以致破坏电器的正常工作。
3.使绝缘材料的绝缘性能降低。
4.使金属材料的机械强度下降。
（2）电气设备热故障等级及判断
根据过热部位的影响和危害性及其可能发展的破坏趋势可分为一般、严重和危险三个等级（表2）。
这三个等级的热缺陷所对应的温升范围和温度限值，内部热缺陷与外部热缺陷应有较大的差别。
这是由直接测量设备外部发热源和间接通过热传导来测量内部发热源的情况所决定的，因此温升限值不宜同等相比。
相同的热缺陷等级，外部热缺陷的允许温升要比内部热缺陷间接测量的温升高得多。
表2热缺陷等级及处理措施
缺陷等级措施
一般热缺陷引起注意,加强检查,寻机处理
严重热缺陷重点监视,安排处理
危险热缺陷立即汇报,停电处理
电气设备正常工作时，由于电流和电压的作用,各种设备的发热表现为一种正常的温度分布图。
一般在电流较大的部位，载流导体的连接部位的温度略高于其它部位，而且同类设备的发热规律一般都是一致的。
当设备有缺陷或故障时，设备的某一部位的温度分布便会出现异常，温度明显升高。
因此根据发热的情况及严重程度，可以判断故障的性质和严重程度。
判断一项外部热缺陷的严重程度，可依据两个方面判断一项外部热缺陷的严重程度：
过热部位的最高温度值，过热部位与正常状况下的相对温度差比
式中:
——热部位最高温度
——常状况下的热稳态温度
——境温度
根据
数值判断故障的等级是直观的，根据相对温差比
来判断故障的等级可以基本消除表面发热率、环境温度、测试距离和负荷状况的影响。
设备不同、部位不同和所用材料不同，其最高工作温度限值和
值均不同，参见表3和表4
表3常见电气设备温度的测试标准
序号
设备名称
测量部位
最高容许
温度
1
隔离开关
母线接头处
65
2
电力熔断器
接触处
75
机械结构处
3
断路器
接线端子
100
4
流电压互感器
机械结构处
5
油浸式变压器
接线端子
本体（油浸）
6
干式变压器
本体（绕组）
由绝缘等级决定
7
电力电容器
本体
70
8
硬铜线
硬铜绞线
硬铝线
耐热铝合金线
150
9
六氟化硫
全封闭组合电器
金属外壳
110
O型密封圈和绝缘物
表4一般电气设备最高容许标准
一般热缺陷
严重缺陷
危险缺陷
65%<
温度75%
75%<
温度<
100%
温度>
100%
7%<
温升<
35%
25%<
60%
温升>
50%~80%
t值0.2%~1%
t值大于1%
实际负荷电流小于表量程的60%
发热时用电设备的实际负荷等于或小于正常用电负荷
用电设备测温时的实际负荷,小于设备正常运行的负荷
相邻及相间温
差>
25%
相邻及相间温
10%
（三）电气设备热故障的处理预防及处理对策
一次设备：
直接生产和输配电能的设备称为一次设备。
包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动空气开关、接触器、闸刀开关、母线、电力电缆、电抗器、避雷器、熔断器、互感器等等。
二次设备：
对一次设备的工作进行监察测量和控制保护的辅助设备成为二次设备。
包括仪表、继电器、自动控制设备、信号设备及保护、电源等等。
随电力系统近年来的迅猛发展，一、二次设备新型设备的推广应用和更新换代，变电设备本身性能的可靠程度逐步提高，小型变电站正逐步向无人职守过渡。
但是，通过最近几年来的缺陷统计和分析，发热故障的上升趋势越来越明显，严重影响了设备的安全运行，已经引起了电力系统各部门的重点关注。
电气设备的发热是我们在工作中不容忽视的一个问题,它不仅影响设备的正常运行,还会导致电气设备的绝缘热击穿、导体连接部位的热变形、甚至熔焊,严重危及电气设备的安全可靠运行。
因此正确认识电气设备发热以及准确的掌握运行中电气设备的温度变化情况,及早发现过热并排除,可以大大减少电力系统的故障与事故还可提高供电的可靠性,保证正常供电。
电气发热会使载流导体和周围介质温度升高，工作环境恶化，使绝缘老化损坏，导致电气设备的故障或事故。
这种故障或事故往往是引发火灾的直接或间接原因。
因此研究电气设备的发热对电气设备的正常运行具有重要的意义。
1、加强巡视检查质量
巡回检查制度是及时发现电气设备过热的有效手段，不断提高和改进设备巡视、检查的方法和质量，使巡回检查工作发挥更大的作用。
各企业对巡回检查都制定了具体的方法，规定了正常的巡视路线和巡视次数。
对于运行设备，运行值班人员要定期巡视连接头发热情况。
有些连接点过热可通过观察来确定，比如运行中过热的连接点会失去金属光泽，导体上连接点附近涂的色漆颜色加深等。
值班人员必须按照规定的要求进行认真细致地检查，才能发现各种设备故障、设备隐患，做到及时发现及时处理，避免事故发生。
除周期性的巡检外，还应该根据设备的特点及运行方式、负荷情况、自然条件的变化等进行巡查，例如北方下雪季节就是很好的观察设备过热的时候。
2、加强检修质量
（1）金具质量。
变电所母线及设备线夹金具，根据需要选用优质产品，载流量及动热稳定性能，应符合设计要求。
特别是设备线夹，应积极采用先进的铜、铝扩散焊工艺的铜铝过渡产品，坚决杜绝伪劣产品入网运行。
（2）防氧化。
设备接头的接触表面要进行防氧化处理，应优先采用电力复合脂（即导电膏）以代替传统常规的凡士林。
（3）接触面处理。
接头接触面可采用锉刀把接头接触面严重不平的地方和毛刺锉掉，使接触面平整光洁，但应注意母线加工后的截面减少值：
铜质不超过原截面的3%，铝质不超过5%。
（4）紧固压力控制。
部分检修人员在接头的连接上存有误区，认为连接螺栓拧的愈紧愈好，其实不然。
因铝质母线弹性系数小，当螺母的压力达到某个临界压力值时，若材料的强度差，再继续增加不当的压力，将会造成接触面部分变形隆起，反而使接触面积减少，接触电阻增大。
因此进行螺栓紧固时，螺栓不能拧得过紧，以弹簧垫圈压平即可，有条件时，用力矩板手进行紧固,以防压力过大。
（5）工艺程序。
制定连接点安装的技术规范程序。
根据造成连接点过热的不同类型，制定不同的工艺规程。
安装时，严格按照规程进行。
（6）检测措施。
3、电气设备热故障处理
（1）压紧力不恰当引起的发热处理
接触压紧力过大或过小都会引起接触电阻的增大而引起发热故障。
接触压紧力过小，会使电接触面呈现出有的地方接触较好有的地方没有接触上的微观接触现象，在客观上减小了有效接触面积。
电流通过接触面时，只经过实际接触点，电流线在接触点处发生剧烈收缩，产生所谓的“收缩电阻”引起发热；
接触压力过大，会在平板连接的电接触面上形成以压紧螺栓为圆心的中间接触良好、四周外翘的实际接触情况，也在客观上减小了有效接触面积压紧力越大越不会发热是在处理平面接触时很常见的认识误区。
过大的压紧力会适得其反。
不同材料的电接触面的压紧力在相关的安装规范中都有严格的要求，电接触面的压紧力要适度，以不至于引起接触面变形为准绳。
恰当的接触压紧力可以使接触面的氧化膜被粉碎，增大实际接触面，减小电接触面的接触电阻和收缩电阻。
（2）导体相互连接的接触面不平整引起的发热的处理
施工质量不高、多次拆卸与组装等原因都会形成电接触面的不平整。
电接触面的不平整降低了有效接触面积，在电流经过时实际通流截面积变小，使得电流的收缩效应增加，收缩电阻增大而引起发热故障。
此类故障属于设备的特定故障，一经处理好就不容易再次出现。
因此，预防此类故障的首要措施是在设备安装时严把施工质量关。
在施工时可用量具测量电接触面的平整度，力求尽量平整。
从严格意义讲，任何接触面都不可能做得绝对平整。
因此，新设备安装时，在电接触面上一般都要求“压花”即在接触面上用30t或50t的液压模具压上均匀的点阵，当紧固螺栓将两接触面压接在一起时，在螺栓压紧力的作用下，这些点阵就呈犬牙交错状相互咬合在一起从而增大了有效接触面积。
这道工序在新安装设备时非常重要，对日后预防发热有很好的意义。
在处理此类发热故障时有条件也可采用压花的方法。
（3）导体表面氧化、积灰引起的发热的处理
导体氧化的原因有两个：
一是金属导体的自然氧化，二是不同材料的导体搭接时在过渡面上发生的电化学腐蚀。
导体表面的金属氧化膜多属于半导体范围如氧化铝的电阻率为
Ω.mm2/m，已经接近于绝缘电阻。
因此，电接触面的氧化是导致发热的一个很重要的原因。
对于接触面氧化的处理，可用砂子或锉刀将接触面的氧化层除掉，再在接触面上涂上防氧化的物质，如电力复合脂、中性凡士林或在铜接触面上挂锡等。
但是对镀银的表面一般不提倡采用此方法。
原因是银的氧化膜具有很好的导电性能，若在处理氧化层时将电接触面的镀层磨掉，将得不偿失。
再者，银的氧化层较软，在适当压紧力的作用下就会被压碎。
这一点在处理表面时必须引起注意。
积灰引起的发热处理方法是清理掉接触面的灰垢，加强接触面的防尘。
积灰和氧化层引起的发热也具有一定的周期性，处理一次一般都能保证在一段时间内不再发热。
因此，对在室外运行易积灰、易氧化的设备、定期进行接触面的处理不失为一种有效的预防发热的方法。
值得注意的是，使用电力复合脂、中性凡士林等防氧化涂层将加快积灰的速度。
在这一点上，防积灰和防氧化是一对矛盾，在具体的使用时应根据具体的运行情况进行取舍。
（4）设备存在制造缺陷、个别环节的电接触点方式不当引起的发热处理
对这类问题，能进行局部改造的可进行局部电接触方式改造后使用，不能改造的只有降低负荷使用或更换设备。
这类问题一般出现在比较老式的设备中。
我们在二者间增加了软铜辫固定连接，在不影响其性能的前提下解决了问题。
对这类问题只有根据具体设备分析后制定相应的处理办法。
（四）电气设备热故障的红外线诊断技术
红外测温技术在生产过程中，在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。
近20年来，非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展，性能不断完善，功能不断增强，品种不断增多，适用范围也不断扩大，市场占有率逐年增长。
比起接触式测温方法,红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。
非接触红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列，并备有各种选件和计算机软件，每一系列中又有各种型号及规格。
在不同规格的各种型号测温仪中，正确选择红外测温仪型号对用户来说是十分重要的。
电力系统的电气设备，在运行中会因为故障而引起其表面及内部的温度状态发生异常。
因此，通过监视电气设备的这种温度状态变化，可以对设备的故障情况作出判断。
现在电力系统采用的红外线诊断技术就是根据这个原理发展起来的。
与传统的预防性试验和离线诊断相比，具有不接触，不停电不解体，可实现大面积快速扫描成像且状态显示快捷、灵敏、形象、直观等特点，成为电气安全检测的一种重要手段。
红外诊断技术对电气设备的早期故障缺陷及绝缘性能做出可靠的预测，使传统电气设备的预防性试验维修（预防试验是50年代引进前苏联的标准）提高到预知状态检修，这也是现代电力企业发展的方向。
特别是现在大机组、超高电压的发展,对电力系统的可靠运行，关系到电网的稳定，提出了越来越高的要求。
随着现代科学技术不断发展成
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