電氣設(shè)備紅外熱像測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用

任俊峰

【摘 要】在電力系統(tǒng)的各種電氣設(shè)備中，導(dǎo)流回路部分存在大量接頭或連接件，如果導(dǎo)流回路連接不緊或接觸面處理不良，會(huì)引起接觸電阻增大，當(dāng)負(fù)荷電流通過(guò)時(shí)，必然導(dǎo)致局部過(guò)熱，嚴(yán)重會(huì)燒毀電氣設(shè)備，甚至造成火災(zāi)。紅外熱像儀是電力生產(chǎn)人員的“火眼金睛”。

【關(guān)鍵詞】紅外熱像；測(cè)溫

1.紅外測(cè)溫技術(shù)簡(jiǎn)介

紅外測(cè)溫儀/熱像儀可在遠(yuǎn)離目標(biāo)的安全處測(cè)量物體的表面溫度，成為電氣設(shè)備維護(hù)必不可少的工具。通過(guò)探測(cè)電氣設(shè)備和線路的熱缺陷，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理、預(yù)防重大事故的發(fā)生。在《帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則》中關(guān)于操作方法中指出：檢測(cè)時(shí)一般先用熱像儀對(duì)所有應(yīng)測(cè)部位進(jìn)行全面掃描，找出工況異常部位，然后對(duì)于異常部位和重點(diǎn)電氣設(shè)備進(jìn)行正確測(cè)溫。電氣設(shè)備/線路的熱缺陷通常是指由于其內(nèi)在或外在原因所造成的的發(fā)熱現(xiàn)象。根據(jù)缺陷所產(chǎn)生的原因不同，可歸納3種：

第一種是長(zhǎng)期暴露在空氣中的部件，由于溫度濕度的影響，或表面結(jié)垢而引起的接觸不良，或由于外力作用所引起的部件損傷，因而使得的導(dǎo)電截面積減少而產(chǎn)生的發(fā)熱。如接頭連接不良，螺栓，墊圈未壓緊；長(zhǎng)期運(yùn)行腐蝕氧化；大氣中的活性氣體、灰塵引起的腐蝕；元器件材質(zhì)不良，加工安裝工藝不好造成導(dǎo)體損傷；機(jī)械振動(dòng)等各種原因所造成的導(dǎo)體實(shí)際截面降低；負(fù)荷電流不穩(wěn)或超標(biāo)等。

第二種是由于電器內(nèi)部本身故障，如內(nèi)部連接部件接觸不良導(dǎo)致的電阻過(guò)大；絕緣材料老化、開(kāi)裂、脫落；內(nèi)部元件受潮，元?dú)饧p耗增大；冷卻介質(zhì)管路阻塞等等。第三種是因漏磁通產(chǎn)生的渦流損耗。

診斷范圍：發(fā)電機(jī)的定子繞組線棒接頭、鐵心、電刷、端蓋、冷卻系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器、套管、斷路器、刀閘、互感器、阻波器、電力電容器、避雷器、電力電纜、母線、導(dǎo)線接頭、組合電器、絕緣子串、低壓電器以及具有電流、電壓致熱效應(yīng)或其他致熱效應(yīng)的設(shè)備的二次回路等。

1.1判斷方法

（1）表面溫度判斷法；（2）相對(duì)溫差判斷法：對(duì)電流制熱型設(shè)備應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)溫，計(jì)算相對(duì)溫度，判斷缺陷性質(zhì)；（3）同類(lèi)比較法：同一電氣回路中， 當(dāng)三相電流對(duì)稱(chēng)和三相設(shè)備相同時(shí)比較對(duì)應(yīng)部位的溫升值，判斷工況是否正常；同型號(hào)的電壓制熱型設(shè)備，可根據(jù)對(duì)應(yīng)點(diǎn)溫升差異判斷設(shè)備是否正常；（4）熱譜圖分析；（5）檔案分析法：根據(jù)不同時(shí)期的數(shù)據(jù)分析（溫度，溫升，相對(duì)溫差和熱譜圖）。

1.2具體診斷方法

（1）紅外測(cè)溫儀可直接測(cè)試可觀察到的設(shè)備及元?dú)饧臏囟龋瑥亩杆儆行У匕l(fā)現(xiàn)所有連接點(diǎn)的熱隱患。

（2）對(duì)于那些由于被遮擋而無(wú)法直接看到的部分，則可以根據(jù)其熱量傳遞到外面部件上的溫度變化情況加以分析。

考慮現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，如：當(dāng)前的溫度，風(fēng)量，負(fù)荷等。我們可以根據(jù)不同的特點(diǎn)，作出相應(yīng)的判斷，如：

是否該相位之間的溫差大于 24℃？

是否絕對(duì)溫度為94℃，或者大于正在使用的可靠的測(cè)定？

是否具有一個(gè)可見(jiàn)信號(hào)表明金屬或者保溫層已經(jīng)熔化或者嚴(yán)重變色？

要預(yù)防設(shè)備出現(xiàn)故障和意外停機(jī)，建議做如下的全面預(yù)防性的維護(hù)程序：

當(dāng)檢測(cè)連接器時(shí)，知道連接器和環(huán)溫間的溫差相當(dāng)重要，若環(huán)溫未知，可用非接觸測(cè)溫儀很快地測(cè)得。若連接器比環(huán)溫高10℃，即說(shuō)明連接不良、電路接地短路或負(fù)載不平衡。更多的專(zhuān)家都贊成其溫度讀數(shù)比環(huán)溫高30℃或更多，就表明存在嚴(yán)重問(wèn)題了。

1.3電動(dòng)機(jī)

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通常有幾百個(gè)多相電動(dòng)機(jī)在工作，為確保電動(dòng)機(jī)的使用壽命，必須監(jiān)測(cè)溫度以確保平衡的相間功率分布和合適的工作溫度。NEMA—國(guó)際電氣制造協(xié)會(huì)建議保持±1%功率平衡以防止損壞或燒壞電動(dòng)機(jī)。紅外測(cè)溫儀可用于檢查電源連接器和斷路器（或保險(xiǎn)絲）的溫度是否相同。

1.4電動(dòng)機(jī)軸承

當(dāng)軸承損壞引起電動(dòng)機(jī)震動(dòng)或軸心偏離時(shí)通常會(huì)產(chǎn)生熱，可用紅外測(cè)溫儀掃描軸承溫度。測(cè)溫儀使維護(hù)工程師在設(shè)備產(chǎn)生故障前就可探測(cè)到熱點(diǎn)，及時(shí)進(jìn)行定期維修或更換。 電動(dòng)機(jī)繞組絕緣 假如工作溫度超過(guò)額定的最大值，繞組絕緣的壽命就會(huì)大大縮短，電樞繞組絕緣的正常使用年限約是10年。

下面說(shuō)明工作溫度對(duì)繞組絕緣壽命的影響：

最大溫度（額定的） 絕緣壽命.

超過(guò)10℃ 正常使用年限的1/2。

超過(guò)20℃ 正常使用年限的1/4。

超過(guò)30℃ 正常使用年限的1/8。

電氣維護(hù)專(zhuān)業(yè)人士的研究表明，繞組表面溫度較內(nèi)部低10℃。當(dāng)熱過(guò)載保護(hù)設(shè)備不工作和電動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)，紅外測(cè)溫儀可有效探測(cè)故障所在。

1.5三相電路的相間測(cè)量

高電壓三相電力電路在工業(yè)電力系統(tǒng)中是常用的，對(duì)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、大型計(jì)算機(jī)和其它設(shè)備，要求相間功率平衡，這是很重要的原則，假如由于過(guò)負(fù)荷或短接地導(dǎo)致功率不平衡時(shí)，可能導(dǎo)致?lián)p壞和停機(jī)。 用非接觸測(cè)溫儀檢測(cè)電纜和連接器相間溫度是否相等，如果所測(cè)溫差有5℃或更多，則立刻表明存在問(wèn)題。

1.6變壓器

變壓器上通常標(biāo)明最大工作溫度，空冷器件的繞組可直接用紅外測(cè)溫儀測(cè)量以查驗(yàn)過(guò)高的溫度，任何熱點(diǎn)都表明了變壓器繞組的損壞。

1.7電線和電纜

可用紅外非接觸測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)電線和電纜，查驗(yàn)由于斷裂、腐蝕和老化等引起的過(guò)熱，然后兩條電纜進(jìn)行比較，溫度較高的電纜則負(fù)載較高的電流。

1.8交流不間斷電源

UPS直流蓄電池之間的連接易松開(kāi)和腐蝕，從而引起額外的熱度，用紅外測(cè)溫儀可識(shí)別出UPS輸出過(guò)濾器上的連接熱點(diǎn)，冷點(diǎn)則指示直流過(guò)濾器電路正處于斷開(kāi)狀態(tài)。 低壓電池應(yīng)用非接觸測(cè)溫儀檢查以確保正確的連接，電池組中電池間的連接不良可能會(huì)燒毀接線端子。

1.9電氣系統(tǒng)

在現(xiàn)場(chǎng)，紅外測(cè)溫儀有助于快速查驗(yàn)連接處、電線接點(diǎn)、變壓器和其它設(shè)備的熱點(diǎn)，有效節(jié)約開(kāi)支。因?yàn)槿粘囟缺O(jiān)測(cè)可防止由于設(shè)備損壞和系統(tǒng)意外停機(jī)導(dǎo)致的巨大開(kāi)支。在這些領(lǐng)域，管理電氣系統(tǒng)意味著日常性的讀取變壓器、線路或安裝在距地面較高位置或其它難以接觸到的元件的溫度。

2.紅外測(cè)溫在我廠的應(yīng)用

紅外測(cè)溫可以發(fā)現(xiàn)在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下我們用常規(guī)手段無(wú)法監(jiān)測(cè)到的非正常發(fā)熱狀況，而且可以用計(jì)算機(jī)分析設(shè)備的溫度場(chǎng)和任意區(qū)域的平均溫度、任意截面的溫度分布曲線，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)距離熱狀態(tài)圖像成像和測(cè)溫并進(jìn)行分析判斷，從而判斷出設(shè)備的健康狀況，避免設(shè)備燒損事故的發(fā)生，保障設(shè)備、機(jī)組的安全運(yùn)行。

傳統(tǒng)的檢查接頭或連接件接觸情況只有在設(shè)備停運(yùn)情況下通過(guò)測(cè)量接觸電阻的方法進(jìn)行，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)無(wú)法進(jìn)行檢查。我廠曾多次發(fā)生因接頭氧化和振動(dòng)造成設(shè)備接頭接觸不良而發(fā)熱燒損電氣設(shè)備的事件，比如#1主變高壓側(cè)套管將軍帽處發(fā)熱燒斷引線；#4廠高變低壓側(cè)CT端子發(fā)熱燒毀差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)機(jī)組跳閘；#2主變CT端子發(fā)熱燒毀差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)；#1廠高變進(jìn)線開(kāi)關(guān)發(fā)熱燒毀等事件，給機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了嚴(yán)重威脅。

采用紅外熱像儀可以在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下，不停電、不改變?cè)O(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，準(zhǔn)確檢測(cè)出電氣設(shè)備接頭或連接件以及鐵磁部件發(fā)熱部位和發(fā)熱溫度，并可以清晰的顯示出發(fā)熱部位的溫度場(chǎng)分布。

我們購(gòu)買(mǎi)了廣州颯特電力紅外公司HY-6800型紅外熱像儀，對(duì)全廠所有電氣設(shè)備進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)了多起電機(jī)電纜引線接頭和母線嚴(yán)重過(guò)熱，避免了設(shè)備燒損造成機(jī)組限負(fù)荷甚至停運(yùn)的安全隱患：

（1）查出#3發(fā)電機(jī)5CT C相二次端子嚴(yán)重發(fā)熱的重，避免了CT端子燒毀造成機(jī)組保護(hù)誤動(dòng)跳閘的重大缺陷。

（2）查出達(dá)包Ⅰ回253線路CT A相連接處發(fā)熱，避免了線路跳閘。

（3）并用紅外熱像儀成功的與電科院做了#5發(fā)電機(jī)定子鐵損試驗(yàn)，準(zhǔn)確查找出多處造成鐵芯局部過(guò)熱的鐵芯層間絕緣破壞點(diǎn)，由北重廠家進(jìn)行了維修。

（4）查出#2機(jī)組#1循環(huán)水泵電機(jī)引線連接處發(fā)熱，避免了循環(huán)泵電機(jī)燒毀和機(jī)組限負(fù)荷。

（5）檢查出#5、#6主變風(fēng)冷電源引線、接觸器發(fā)熱，避免了主變冷卻電源全失使變壓器溫度無(wú)法控制，機(jī)組被迫停運(yùn)。

（6）查出#4機(jī)組#2定冷泵接觸器引線、#2化學(xué)泵、#3清水泵等三十多處電氣引線接頭發(fā)熱，避免了設(shè)備損壞。

以下是測(cè)出的部分設(shè)備發(fā)熱熱像圖，可以清晰地看到設(shè)備的發(fā)熱情況。

2.1電纜接頭發(fā)熱熱像圖

（#2機(jī)組#1循環(huán)水泵電機(jī)引線連接處發(fā)熱）

（#1主變#1風(fēng)冷電源接觸器B相觸頭發(fā)熱）

（#6主變風(fēng)冷電源A相電纜引線發(fā)熱）

2.2 #3發(fā)電機(jī)5CT端子發(fā)熱熱像圖

2.3 #5發(fā)電機(jī)定子鐵芯發(fā)熱熱像圖

（定子鐵芯處理前熱像圖，綠色部分為溫度>50℃等溫線）

（定子鐵芯處理后熱像圖，綠色部分為溫度>50℃等溫線）

2.4 220KV升壓站達(dá)包Ⅰ回253線路CT A相連接處發(fā)熱）

3.效益分析

（1）在不影響設(shè)備運(yùn)行的情況下，檢查出眾多主要電氣設(shè)備連接處發(fā)熱，避免了3起設(shè)備燒損造成機(jī)組被迫停運(yùn)事故，1起220KV 253達(dá)包線路停電事故和主要輔機(jī)循環(huán)泵電機(jī)燒毀造成限負(fù)荷事件。

（2）應(yīng)用紅外熱像測(cè)溫技術(shù)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備溫度，從常規(guī)的設(shè)備停運(yùn)做“試驗(yàn)”的方法轉(zhuǎn)變?yōu)椴恍柰ｋ?，帶電運(yùn)行直接“看”到設(shè)備發(fā)熱部位，大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，檢查結(jié)果直觀、準(zhǔn)確。

（3）應(yīng)用紅外熱像技術(shù)堅(jiān)持定期對(duì)電氣設(shè)備測(cè)溫，基本可以杜絕由于發(fā)熱而造成設(shè)備損壞和機(jī)組跳閘事故，具有較高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

（4）紅外側(cè)溫技術(shù)可以延伸到鍋爐、汽機(jī)等熱機(jī)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下檢測(cè)健康狀況。特別是我廠四期空冷機(jī)組，可以做為空冷島冬季防凍手段，測(cè)量空冷凝汽器管道低溫。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范.

[2]達(dá)拉特發(fā)電廠運(yùn)行規(guī)程.