紅外熱像儀在燃機電廠主變運維中的應用

李必強

（杭州華電半山發(fā)電有限公司，浙江 杭州 310015）

電力變壓器是發(fā)電廠的重要電氣設(shè)備之一，利用電磁感應的原理實現(xiàn)電能傳遞和電壓轉(zhuǎn)換。根據(jù)功能和用途的不同，發(fā)電廠的電力變壓器可以分為：主變壓器、啟動備用變壓器、高壓廠用變壓器、低壓廠用變壓器等。其中主變壓器容量大且結(jié)構(gòu)復雜，其安全與穩(wěn)定運行，對發(fā)電和輸配電都起著舉足輕重的作用。

某燃機電廠S109FA燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的主變壓器使用天威保變的SFP-480000/220型油浸式三相電力變壓器，額定容量480000kVA，額定電壓242/19kV，額定電流1145/14586A，冷卻方式為強迫導向油循環(huán)風冷。主變壓器由鐵芯、繞組、油箱、冷卻裝置、套管和包括儲油柜、吸濕器、氣體繼電器、溫度計等在內(nèi)的保護裝置組成。

發(fā)熱是電氣設(shè)備最常見的故障現(xiàn)象之一，導體連接不良、絕緣損壞、匝間短路、局部放電、渦流損耗等故障都會導致設(shè)備局部發(fā)熱，但設(shè)備運行中的發(fā)熱難以通過觸摸和肉眼觀察直接發(fā)現(xiàn)。紅外線測溫作為電氣設(shè)備在線檢測技術(shù)的一種，具有快捷準確和非接觸遠距離測量的優(yōu)點，在當前電氣設(shè)備故障精密診斷領(lǐng)域有著廣闊的應用空間。

1 紅外熱像儀的原理和優(yōu)點

溫度高于絕對零度（-273℃）的任何物體，其原子、分子都在不斷地熱運動，并以電磁波的形式向周圍空間輻射能量，稱之為熱輻射。物體的溫度在1000℃以下時，熱輻射最強的是紅外輻射。物體的紅外輻射能量大小與它的表面溫度關(guān)系十分密切，所以，通過對物體紅外輻射的測量，能準確地測出物體表面的溫度和溫度場分布。

紅外測溫儀器主要有紅外熱像儀、紅外熱電視和紅外測溫儀。普通的紅外測溫儀受光學系統(tǒng)的限制，其光學分辨率較小，只有單點測量功能，測量的是一個較小圓形區(qū)域內(nèi)的平均溫度，無法實現(xiàn)大面積的整體測溫，這樣就會造成較小溫度異常點的漏檢，存在安全隱患。而紅外熱像儀能夠捕獲測量區(qū)域內(nèi)一個面的整體溫度分布，實時產(chǎn)生紅外熱像圖，快速發(fā)現(xiàn)高溫、低溫點，并對熱像圖進行存儲和注釋，從而避免漏檢。

紅外熱像儀由紅外探測器、信號處理器、監(jiān)視器和光學成像系統(tǒng)等組成，可將肉眼不可見的紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見的紅外熱像圖。探測器接受被測物體的紅外輻射能量，轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電信號，經(jīng)放大處理后再轉(zhuǎn)換成我們能在監(jiān)視器上看到的紅外熱像圖。該熱像圖與物體表面的熱分布場相對應，實質(zhì)上是被測物體紅外輻射的熱像分布圖。

紅外成像測溫在電力設(shè)備運行狀態(tài)檢測中有著無比的優(yōu)越性，具有帶電非接觸檢測、掃描范圍廣、檢測距離遠、檢測精度高且快速直觀等優(yōu)點，其中部分優(yōu)點是預防性試驗所不具備的。紅外熱像儀適用于具有電流、電壓致熱型的各電壓等級設(shè)備，包括電機、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器、套管、避雷器、電力電纜、母線、絕緣子、低壓電器及二次回路等。通過對電氣設(shè)備表面溫度及溫度場的檢測，在故障發(fā)生初期及時發(fā)現(xiàn)問題，提高設(shè)備可靠性。

2 診斷案例

2.1 主變潛油泵溫度異常

2019年8月12日晚上，精密診斷工程師利用Fluke Ti32紅外熱像儀在進行7#主變紅外精確檢測時，發(fā)現(xiàn)第五組冷卻器下方潛油泵的接線盒溫度異常。7#主變冷卻方式為強迫導向油循環(huán)風冷，利用安裝在散熱器下方連接管路上的潛油泵（圖1）進行強迫油循環(huán)，使油流經(jīng)風冷卻器進行散熱，冷卻后的油流入繞組和鐵芯油道中。

圖1 潛油泵可見光圖

圖2 潛油泵發(fā)熱紅外熱像圖

從圖2潛油泵發(fā)熱紅外熱像圖可以看出，接線盒位置最高溫度為87.4℃，而同期運行的其他幾組冷卻器的潛油泵接線盒區(qū)域最高溫度不超過50℃。因此該設(shè)備存在明顯過熱，且熱點溫度＞80℃，按照DL/T 664-2016《帶電設(shè)備紅外診斷應用規(guī)范》規(guī)定，判定屬于嚴重缺陷，應盡快查找故障原因，并安排處理。

停機后，維護人員拆開潛油泵接線盒，發(fā)現(xiàn)接線盒內(nèi)積水嚴重，一根電源線已完全浸沒在水中。如圖3所示，接線盒內(nèi)的積水痕跡非常明顯，如果水位再稍微上升一點，就會引起電源直接短路。維護人員清除接線盒內(nèi)積水，進行干燥和緊固密封，并舉一反三對其他潛油泵接線盒進行逐個排查。主變重新投用后，再次進行紅外檢測，如圖4所示，最高溫度僅為41.2℃，過熱的缺陷完全消除。

圖3 潛油泵接線盒內(nèi)積水

圖4 潛油泵正常運行紅外熱像圖

主變冷卻器的潛油泵接線盒內(nèi)積水，看起來是個小缺陷、小故障，卻無法被運維人員在常規(guī)的運行監(jiān)視和現(xiàn)場巡檢中發(fā)現(xiàn)，而且該缺陷已達嚴重等級，電源短路一觸即發(fā)，若短路則后果難以設(shè)想。精密診斷工程師利用紅外熱像儀，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，保障主變壓器安全可靠運行。

2.2 主變本體溫度異常

油浸式變壓器的繞組和鐵芯裝在充滿變壓器油的油箱中，變壓器油起絕緣和冷卻的作用，而油箱就是油浸式變壓器的外殼，所以油浸式變壓器外殼或本體的溫度直接反映變壓器油溫。變壓器運行時各部件的溫度不同，繞組溫度最高，鐵芯次之，變壓器油的溫度最低。因為溫度高的油密度小，所以變壓器油箱的上層油溫比下層油溫要高，為了便于監(jiān)視運行中變壓器各部件的溫度，規(guī)定以上層油溫為允許溫度。強迫導向油循環(huán)風冷的變壓器上層油溫一般不超過75℃，最高不超過85℃。

2020年8月14日晚上，精密診斷工程師在3#主變紅外精確檢測時，發(fā)現(xiàn)主變壓器本體溫度異常。從圖5的紅外熱像圖可見，主變本體最高溫度為71℃，離控制油溫75℃僅一步之遙。而同期運行且負荷相近的2#主變、7#主變、8#主變和9#主變本體最高溫度為58℃，兩者相差13℃。為進一步證實油溫異常，核對變壓器就地雙側(cè)油溫表及DCS主變油溫，三者溫度基本一致，判定3#主變油溫顯著升高，應立即進行檢查分析，查找原因并消除缺陷。

圖5 3#主變本體紅外熱像圖

變壓器由于鐵芯絕緣不良、油路管道堵塞、渦流損耗和冷卻裝置故障等原因容易造成本體溫度異常。而夏季高溫天氣變壓器油溫整體偏高最大可能是冷卻裝置異常，所以，重點檢查主變的冷卻系統(tǒng)。通過仔細檢查發(fā)現(xiàn)冷卻器上的散熱片表面積灰積垢嚴重。3#主變冷卻方式為強迫導向油循環(huán)風冷，風冷卻器裝在油箱外的獨立支架上，流經(jīng)冷卻器的油采用風扇冷卻，冷卻風扇將風扇箱內(nèi)散熱器附近的高溫空氣抽出。為了增強散熱能力，在散熱管外焊有許多散熱片。散熱片大量積灰積垢，使散熱面積大幅減少，嚴重影響了散熱效果，尤其是迎峰度夏高溫天氣時更為明顯。

圖7 DCS顯示3#主變上層油溫

隨后幾天，電廠運維人員加強了3#主變上層油溫的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)變壓器油溫呈現(xiàn)逐步上升趨勢，如圖7所示，8月19日最高溫度已經(jīng)超過75℃的控制值，停機維護迫在眉睫。8月20日凌晨利用機組短暫的停役機會，對3#主變的散熱片進行水沖洗。當天機組投運后，DCS顯示最高油溫僅為57℃，主變壓器恢復正常運行。利用紅外熱像儀及時發(fā)現(xiàn)變壓器本體溫度異常，進行精密診斷分析，并采取有效措施使變壓器處于良好的工作狀態(tài)，提高設(shè)備的可靠性，避免事故的發(fā)生。

3 結(jié)語

紅外成像測溫可以遠距離測量設(shè)備的表面溫度，直觀顯示測量區(qū)域內(nèi)的溫度分布情況，實現(xiàn)對電氣設(shè)備的在線故障檢測，作為一項精密診斷技術(shù)廣泛應用于具有電流、電壓致熱效應引起表面溫度分布特點的各種電氣設(shè)備，是目前燃機電廠電氣設(shè)備狀態(tài)檢測一種重要的、行之有效的手段，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行有著重要作用。