利用紅外熱成像技術(shù)分析深井泵故障原因

孫偉，雷雄波

（湖北清江水電開發(fā)有限責任公司，湖北　宜昌　443000）

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利用紅外熱成像技術(shù)分析深井泵故障原因

孫偉，雷雄波

（湖北清江水電開發(fā)有限責任公司，湖北宜昌443000）

〔摘 要〕介紹了某水電站檢修排水系統(tǒng)的功能及深井泵的歷史運行情況，指出采用傳統(tǒng)方法不能有效分析出深井泵故障的原因，提出采用紅外熱成像技術(shù)分析深井泵故障原因的方法，找到了深井泵故障的原因并提出了解決辦法。最后，討論了紅外熱成像技術(shù)在水電站應(yīng)用的前景和優(yōu)勢，并提出了相應(yīng)的改進建議。

〔關(guān)鍵詞〕水電站；檢修排水系統(tǒng)；紅外熱成像技術(shù)；深井泵

0　引言

某水電站地下廠房安裝4臺單機容量460MW的水輪發(fā)電機組，總裝機容量1 840MW，最大水頭203m，額定水頭170m，面板堆石壩最大壩高233 m（世界第一），水庫正常蓄水位400m，裝機年利用小時數(shù)2 450h，年平均發(fā)電量為39.85億kWh。4臺機組于2008年8月全部投產(chǎn)發(fā)電。

1　檢修排水系統(tǒng)介紹

1.1檢修排水系統(tǒng)的功能

檢修排水系統(tǒng)用來在機組檢修時，排空水輪發(fā)電機組的蝸殼、尾水管道和一部分引水鋼管中的積水以及機組進水口閘門、尾水閘門的漏水。該水電站檢修排水系統(tǒng)采用間接排水，即水輪機尾水管、蝸殼積水先經(jīng)排水廊道排至集水井，再由深井泵排至廠外。每臺機組設(shè)有2個尾水管放空閥和1個蝸殼放空閥，均在181操作廊道操作。該系統(tǒng)共有4臺深井泵，泵參數(shù)為：額定流量1 250 m3/h，額定揚程90m。

檢修排水系統(tǒng)控制設(shè)備由1塊聯(lián)控柜和4塊動力柜及配套電纜組成。每臺深井泵設(shè)1面動力柜控制泵的啟停，深井泵用軟啟動器控制；4臺深井泵的聯(lián)控柜由PLC控制。機組檢修期間，4臺深井泵同時工作。當流道內(nèi)的積水排空后，排上下游閘門、蝸殼、尾水管盤行閥漏水時，選2臺深井泵根據(jù)液位變送器和液位開關(guān)所整定的水位自動運行，1臺工作，1臺備用。

1.2深井泵的歷史運行狀況

2007年7月，該水電站第1臺機組1號機開始并網(wǎng)發(fā)電，至2008年8月，4臺機組全部并網(wǎng)發(fā)電，這期間深井泵的運行、維護、檢修均由基建安裝單位負責。

2008年8月，4臺機組投產(chǎn)后，深井泵排水系統(tǒng)由該水電站負責，但深井泵排水系統(tǒng)工作時存在一系列嚴重問題，且因種種因素一直未得到重視和根本解決。如深井泵運行時經(jīng)常導(dǎo)致動力柜內(nèi)的電源開關(guān)脫扣或廠用電配電屏上相應(yīng)的電源開關(guān)過流脫扣，必須現(xiàn)地手動復(fù)歸該電源開關(guān)，不僅浪費了時間和人力，還影響了機組檢修時的排水效率；深井泵運行時還經(jīng)常引起動力柜內(nèi)軟啟動器的過熱保護動作，需要現(xiàn)場檢查泵和電機無問題后手動復(fù)歸電源開關(guān)、軟啟動裝置；而且存在深井泵電機漏油嚴重、深井泵逆止盤出現(xiàn)裂紋、運行時頂部冒白煙等嚴重缺陷導(dǎo)致更換深井泵電機、軸承等零部件，造成的經(jīng)濟損失也非常大；其他非嚴重缺陷如管道閥門漏水、潤滑水無法自動控制、逆止閥故障、壓力表計故障等也曾有出現(xiàn)。

綜上可知，深井泵電氣故障非常頻繁，機械故障相對較少，其整體運行可靠性非常差，且一直沒有找到根本的解決方法。因此，水電站運行部門在檢修排水系統(tǒng)的運行規(guī)程內(nèi)明確規(guī)定：

（1）機組檢修排水期間，嚴禁2臺深井泵同時啟動；

（2）機組檢修排水時，最多同時運行2臺深井泵，且1，2號泵不能同時運行（1，2號泵在同一段400V母線上），3，4號泵不能同時運行（3，4號泵也在同一段400V母線上）；

（3）機組檢修排水時，每臺深井泵的運行時間不得超過90 min，運行時間達到80 min時必須手動換泵運行。

由此可見，設(shè)備運行人員在機組檢修時工作壓力大，需要現(xiàn)地安排專人負責深井泵的排水，這與高度自動化、智能化的水電站設(shè)備未來發(fā)展之路不一致，更與當前水電站“無人值班、少人值守”的發(fā)展趨勢相悖，尤其是該水電站運行人員人數(shù)本來就不多，將寶貴的人力資源消耗在輔助深井泵排水上非常不值得，應(yīng)將人手解放出來做更重要、更有意義的工作。

2　傳統(tǒng)方法分析故障原因

深井泵出現(xiàn)如此眾多的缺陷、故障，若將整個深井泵及其控制、動力系統(tǒng)進行更換，則作為剛投運的設(shè)備從經(jīng)濟成本上來講不劃算。使用FLUKE 87萬用表測深井泵的電壓、電流，計算其三相電流、電壓的不平衡率，結(jié)果無論是采用電流還是電壓計算，其不平衡率均在3％左右，未超過5％這一限值，且深井泵的啟動電流峰值約為2 400A，運行電流在600-651A，電壓、電流均符合設(shè)備說明書的規(guī)定；由此可見，其電壓、電流均在安全運行范圍內(nèi)。使用振動烈度儀測量深井泵的振動擺度等，發(fā)現(xiàn)深井泵的振動擺度無明顯惡化。使用FLUKE 87自帶的測溫元件檢測深井泵電機溫度、軸承溫度、控制柜溫度等溫度參量，發(fā)現(xiàn)其均在正常范圍，未發(fā)現(xiàn)明顯溫度異常點。

因此，必須從全新的角度，應(yīng)用新的技術(shù)、設(shè)備、方式方法解決深井泵無法長期運行的問題。

3　紅外熱成像技術(shù)分析故障原因

3.1紅外熱成像技術(shù)工作原理

紅外熱成像技術(shù)是通過測量設(shè)備表征溫度的物理參數(shù)來求得被測溫度，其測溫速度快、范圍寬、靈敏度高、對被測溫度場無干擾、熱惰性誤差小，可用于顯微和遠距離測溫，特別是可測二維溫度場的溫度分布圖（熱圖像）。通過直觀的設(shè)備表面溫度及其分布圖，可以診斷設(shè)備的狀態(tài)及異常部位的準確位置，分析設(shè)備內(nèi)部的熱損耗部位和性質(zhì)，故紅外熱成像技術(shù)是施行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測最直觀、最有效的方法之一。因此，引入紅外熱成像技術(shù)來檢測檢修排水系統(tǒng)。

3.2檢測結(jié)果分析

運行人員通過紅外測溫槍和紅外熱成像儀，于2013-12-03利用2013年最后1臺次機組檢修排水的機會，對深井泵運行進行檢測，發(fā)現(xiàn)1，2，3號深井泵運行時母排及開關(guān)端子處溫度異常升高。

（1）在1號深井泵運行期間（運行時間2 h），發(fā)現(xiàn)其控制柜內(nèi)空氣開關(guān)下側(cè)母排B相及開關(guān)端子處異常升高至150℃，而A相48℃，C相50℃。

（2）在2號深井泵運行期間（運行時間30 min），發(fā)現(xiàn)其控制柜內(nèi)空氣開關(guān)下側(cè)母線排C相及開關(guān)端子處溫度異常升高至170℃，而A相32℃，B相57℃。

（3）在3號深井泵運行期間（運行時間20 min），發(fā)現(xiàn)其控制柜內(nèi)空氣開關(guān)下側(cè)母排C相及開關(guān)端子處溫度異常高至115℃，而A相33℃，B相27℃。

經(jīng)維護人員緊急處理，通過清掃、緊固控制柜螺栓，更換開關(guān)母線連接螺栓、母排、深井泵電源開關(guān)等措施，將開關(guān)端子處溫度控制在30-60℃，及時解決了這一嚴重安全隱患。

通過對本次深井泵的檢測結(jié)果進行分析，得出如下結(jié)論。

（1）深井泵啟動電流峰值和運行電流均正常，深井泵電機繞組溫度、軸承溫度、外殼溫度、控制柜溫度均在正常范圍，母線、開關(guān)、端子連接處溫度正常，設(shè)備處理后熱成像圖片無異常。

（2）單臺深井泵長時間運行沒有問題。1號泵連續(xù)運行2h，3號泵連續(xù)運行3.75h，溫度、溫升及熱成像圖均無異常。

（3）同一臺深井泵可連續(xù)間斷運行。1，4號泵同時連續(xù)間隔運行10次，每次間隔時間10 min左右，運行時間40 min左右，深井泵熱成像檢查均無異常。

根據(jù)檢測結(jié)果，處理了相關(guān)端子處溫度異常后，基本上解決了該水電站深井泵故障的難題。該水電站于2014年2月初修改了檢修排水期間深井泵運行方式的規(guī)定。

4　結(jié)束語

紅外熱成像技術(shù)主要應(yīng)用于帶電運行設(shè)備的故障隱患檢測，對提高電氣設(shè)備的可靠性和安全性、降低維修成本起到了十分重要的作用，使得電力設(shè)備的早期故障診斷和預(yù)防性維修成為可能。此外，紅外熱成像技術(shù)還可及時發(fā)現(xiàn)故障點，把嚴重事故消滅在萌芽狀態(tài)，確保電氣設(shè)備的安全、經(jīng)濟運行，從而帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

當然，紅外熱成像技術(shù)也有局限性，如在固體中穿透能力弱，易受環(huán)境、距離、發(fā)射率、表面光潔度等因素的影響，且不同熱成像系統(tǒng)的相對孔徑、工作波長、制冷類型不同，其采集的熱成像圖片亦有不同。因此，建議除了配置1套FLIR T330熱成像設(shè)備外，再配置1套FLUKE熱成像設(shè)備，以加強對水電站設(shè)備的管理、運行分析、隱患排查，保障設(shè)備的安全運行。新技術(shù)、新設(shè)備、新方法在水電站生產(chǎn)中的應(yīng)用，能夠更加高效地發(fā)現(xiàn)以前無法量化的設(shè)備隱患，從更深層次上關(guān)注細節(jié)，預(yù)防不安全事件和事故的發(fā)生。

參考文獻：

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收稿日期：2015-11-16；修回日期：2016-01-22。

作者簡介：

孫偉（1982-），男，高級工程師，主要從事設(shè)備管理和運行工作，email：12185198@qq.com。

雷雄波（1982-），男，工程師，主要從事設(shè)備管理和運行工作。