淺談紅外成像在呂四港電廠的應(yīng)用

張恒?高翔

摘要：紅外成像技術(shù)是一種快速、有效地確定電氣設(shè)備故障的方法。該技術(shù)廣泛用于發(fā)電廠電氣設(shè)備帶電運(yùn)行時(shí)的在線監(jiān)測(cè)，該設(shè)備的應(yīng)用能幫助及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備隱患，提高電力設(shè)備運(yùn)行可靠性。

關(guān)鍵詞：紅外成像；電流致熱；電壓致熱；缺陷

作者簡(jiǎn)介：張恒（1985-），男，江蘇啟東人，大唐國際呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司，助理工程師；高翔（1978-），男，山西繁峙人，大唐國際呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司，高級(jí)工程師。（江蘇 啟東 226246）

中圖分類號(hào)：TM6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）05-0211-01

紅外成像集光電成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)于一身，通過接收物體發(fā)出的紅外線輻射，將其熱像顯示在屏幕上，從而幫助相關(guān)人員準(zhǔn)確判斷物體表面的溫度分布情況，使用該技術(shù)具有不停電、不取樣、非接觸、直觀、快速、安全等其他檢測(cè)手段不具備的優(yōu)越性，對(duì)保障電力設(shè)備的安全運(yùn)行起到了積極作用。

呂四港電廠于2008年12月配備了一臺(tái)FLUKE TI55型紅外成像儀，它利用紅外成像系統(tǒng)直接接收設(shè)備表面的紅外輻射，并可自動(dòng)捕獲畫面中超過溫度設(shè)定范圍的物體圖像，進(jìn)而測(cè)出設(shè)備表面的溫度及其溫度場(chǎng)的分布情況，判斷設(shè)備是否存在熱故障，為保證電力設(shè)備安全運(yùn)行，提高設(shè)備可靠性作出重要貢獻(xiàn)。

一、紅外成像的原理

溫度處在熱力學(xué)溫度零度（-273℃）以上的物體都存在一種與人眼所能辨別的反射圖形十分相似的熱輻射圖形，紅外成像儀就是把這種物體上存在的熱輻射圖像通過紅外技術(shù)轉(zhuǎn)變成人眼能見的可見光圖像。

紅外成像儀主要由紅外攝像頭和處理器兩部分組成。紅外攝像頭接收物體表面輻射的紅外能量并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，處理器再把電信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)紅外成像儀獲得完整的一幀紅外圖像數(shù)據(jù)后，就通過內(nèi)置的彩色顯示屏顯示出來。電廠相關(guān)人員通過對(duì)圖像的分析和判斷，了解設(shè)備可能出現(xiàn)的故障，從而有針對(duì)性地對(duì)其進(jìn)行檢修，防止故障進(jìn)一步升級(jí)，起到預(yù)防作用。

二、紅外成像技術(shù)在呂四港電廠的應(yīng)用

呂四港電廠自投產(chǎn)起就積極應(yīng)用紅外成像技術(shù)，只要表面能發(fā)出紅外輻射且不受阻擋的設(shè)備，都屬于紅外診斷的有效監(jiān)測(cè)范圍，例如：旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器、斷路器、互感器、電力電容器、避雷器、電力電纜、母線、導(dǎo)線、絕緣子串、組合電器、低壓電器及二次回路等。至今已經(jīng)通過紅外成像技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備進(jìn)行了兩年多的檢測(cè)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。在兩年多的檢測(cè)過程中，相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)了一些發(fā)熱故障，并進(jìn)行了處理。

2010年4月28日，工作人員在對(duì)2號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)行紅外成像時(shí)，發(fā)現(xiàn)刷架下的勵(lì)磁母性正極螺栓處溫升異常（見圖1），隨后繼續(xù)加強(qiáng)監(jiān)視。在隨后的一個(gè)月內(nèi)，該處溫度繼續(xù)升高，并伴有打火現(xiàn)象。在分析討論后決定，于5月25日緊急停機(jī)進(jìn)行處理，在處理過程中，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁母線正極與刷架連接螺栓共4根，已燒斷1根（見圖2），另三根打火痕跡明顯。

經(jīng)分析：首先，勵(lì)磁母線與刷架連接處螺栓選用不合理，應(yīng)該選用不銹鋼螺栓，但實(shí)際使用的為碳鋼螺栓；其次，刷架與勵(lì)磁母線結(jié)合面間隙過大（最大有10絲），導(dǎo)致電流大部分從螺栓處流過，發(fā)生過熱燒損。經(jīng)對(duì)刷架與勵(lì)磁母線接頭處所有螺栓重新調(diào)整、緊固，并將碳鋼螺栓全部更換成不銹鋼螺栓，測(cè)量母線結(jié)合面無間隙后，重新起機(jī)，該處紅外成像顯示正常。

在夏季大負(fù)荷時(shí)期，也曾多次在巡檢中發(fā)現(xiàn)主變冷卻器控制箱內(nèi)二次線有過熱跡象，溫度最高達(dá)到106℃（見圖3）。而發(fā)生該類情況均是由于端子排接線有松動(dòng)，導(dǎo)致接觸電阻增大，產(chǎn)生過熱的現(xiàn)象，關(guān)于這種現(xiàn)象對(duì)端子排接線作緊固處理即可消除。

上述例舉的均是利用發(fā)熱點(diǎn)相對(duì)環(huán)境溫度的溫升來判斷過熱缺陷的例子，當(dāng)被檢測(cè)點(diǎn)相對(duì)環(huán)境溫度的溫升相差較大時(shí)就表明該處缺陷，這種方法簡(jiǎn)單、直觀、實(shí)用性較強(qiáng)，但涉及的缺陷均為電流致熱型缺陷。該類缺陷主要原因是設(shè)備的接觸面電阻過大而導(dǎo)致發(fā)熱，在電流互感器、隔離開關(guān)、斷路器、變壓器套管等設(shè)備的接線板上較為常見，特點(diǎn)是發(fā)熱部位相對(duì)正常，設(shè)備發(fā)熱明顯，溫升較大。這在紅外圖像中為一個(gè)明顯的亮點(diǎn)，一般來說很容易被發(fā)現(xiàn)。

相對(duì)于電流致熱性缺陷，電壓致熱性缺陷較難判別。電壓致熱性缺陷的主要成因往往是設(shè)備內(nèi)部絕緣出現(xiàn)老化、受潮、放電等情況。此類缺陷常見于避雷器、耦合電容、電壓互感器、絕緣子等設(shè)備中，特點(diǎn)是發(fā)熱部位較為隱蔽，發(fā)熱點(diǎn)相對(duì)正常設(shè)備常常只有幾攝氏度的溫差，在背景干擾較大和儀器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)那闆r下很容易被忽略。而電壓致熱型故障往往隱藏著較嚴(yán)重的設(shè)備內(nèi)部問題，長期發(fā)展下去很容易引發(fā)設(shè)備事故。

在兩年多的紅外測(cè)溫工作中，相關(guān)員工發(fā)現(xiàn)的各種缺陷多數(shù)都是接頭接觸電阻過大導(dǎo)致的發(fā)熱，為電流致熱性缺陷，而電壓致熱型缺陷暫無發(fā)現(xiàn)。一方面是受制于儀器的功能限制，另一方面也跟初期缺少相關(guān)經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，不過隨著歷年的測(cè)溫圖片和數(shù)據(jù)的積累，相信紅外測(cè)溫技術(shù)一定會(huì)在此類設(shè)備檢測(cè)中發(fā)揮越來越大的作用。

三、結(jié)語

紅外診斷技術(shù)還可以在電廠其他諸多方面發(fā)揮重要作用，例如：轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械軸系過熱故障的診斷；儲(chǔ)煤自燃隱患的診斷；鍋爐堵灰的紅外檢測(cè)等?；旧戏彩悄軌虮憩F(xiàn)為溫度異常的各種故障，都可以應(yīng)用紅外檢測(cè)技術(shù)做出診斷。

另外，對(duì)GIS、開關(guān)柜等封閉式電力設(shè)備，目前還不能直接通過紅外檢測(cè)手段進(jìn)行檢測(cè)，這也是目前紅外檢測(cè)系統(tǒng)在電力系統(tǒng)應(yīng)用中的一個(gè)局限之處。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：宋秀麗）