燃機(jī)電廠主變運(yùn)維紅外熱像儀應(yīng)用

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摘要：依托燃機(jī)電廠主變壓器運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，利用紅外熱像儀對(duì)主變壓器本體、套管、冷卻裝置及油路系統(tǒng)等進(jìn)行紅外檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)過熱或溫度異常，對(duì)故障缺陷做出可靠預(yù)測(cè)與精密診斷，提高主變壓器運(yùn)行可靠性，減少事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：燃機(jī)電廠；主變壓器；紅外熱像儀；發(fā)熱；精密診斷

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(yīng)的原理實(shí)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(dòng)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(fù)雜，其安全與穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)發(fā)電和輸配電都起著舉足輕重的作用。某燃機(jī)電廠S109FA燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)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(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷。主變壓器由鐵芯、繞組、油箱、冷卻裝置、套管和包括儲(chǔ)油柜、吸濕器、氣體繼電器、溫度計(jì)等在內(nèi)的保護(hù)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(dǎo)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(huì)導(dǎo)致設(shè)備局部發(fā)熱，但設(shè)備運(yùn)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(cè)溫作為電氣設(shè)備在線檢測(cè)技術(shù)的一種，具有快捷準(zhǔn)確和非接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)前電氣設(shè)備故障精密診斷領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用空間。

1紅外熱像儀的原理和優(yōu)點(diǎn)

溫度高于絕對(duì)零度（-273℃）的任何物體，其原子、分子都在不斷地?zé)徇\(yùn)動(dòng)，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(shí)，熱輻射最強(qiáng)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(duì)物體紅外輻射的測(cè)量，能準(zhǔn)確地測(cè)出物體表面的溫度和溫度場(chǎng)分布。紅外測(cè)溫儀器主要有紅外熱像儀、紅外熱電視和紅外測(cè)溫儀。普通的紅外測(cè)溫儀受光學(xué)系統(tǒng)的限制，其光學(xué)分辨率較小，只有單點(diǎn)測(cè)量功能，測(cè)量的是一個(gè)較小圓形區(qū)域內(nèi)的平均溫度，無法實(shí)現(xiàn)大面積的整體測(cè)溫，這樣就會(huì)造成較小溫度異常點(diǎn)的漏檢，存在安全隱患。而紅外熱像儀能夠捕獲測(cè)量區(qū)域內(nèi)一個(gè)面的整體溫度分布，實(shí)時(shí)產(chǎn)生紅外熱像圖，快速發(fā)現(xiàn)高溫、低溫點(diǎn)，并對(duì)熱像圖進(jìn)行存儲(chǔ)和注釋，從而避免漏檢。紅外熱像儀由紅外探測(cè)器、信號(hào)處理器、監(jiān)視器和光學(xué)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(cè)器接受被測(cè)物體的紅外輻射能量，轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電信號(hào)，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(chǎng)相對(duì)應(yīng)，實(shí)質(zhì)上是被測(cè)物體紅外輻射的熱像分布圖。紅外成像測(cè)溫在電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)中有著無比的優(yōu)越性，具有帶電非接觸檢測(cè)、掃描范圍廣、檢測(cè)距離遠(yuǎn)、檢測(cè)精度高且快速直觀等優(yōu)點(diǎn)，其中部分優(yōu)點(diǎn)是預(yù)防性試驗(yàn)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(jí)設(shè)備，包括電機(jī)、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(duì)電氣設(shè)備表面溫度及溫度場(chǎng)的檢測(cè)，在故障發(fā)生初期及時(shí)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FlukeTi32紅外熱像儀在進(jìn)行7#主變紅外精確檢測(cè)時(shí)，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(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷，利用安裝在散熱器下方連接管路上的潛油泵（圖1）進(jìn)行強(qiáng)迫油循環(huán)，使油流經(jīng)風(fēng)冷卻器進(jìn)行散熱，冷卻后的油流入繞組和鐵芯油道中。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(yùn)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(diǎn)溫度＞80℃，按照DL/T664-2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》規(guī)定，判定屬于嚴(yán)重缺陷，應(yīng)盡快查找故障原因，并安排處理。停機(jī)后，維護(hù)人員拆開潛油泵接線盒，發(fā)現(xiàn)接線盒內(nèi)積水嚴(yán)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(diǎn)，就會(huì)引起電源直接短路。維護(hù)人員清除接線盒內(nèi)積水，進(jìn)行干燥和緊固密封，并舉一反三對(duì)其他潛油泵接線盒進(jìn)行逐個(gè)排查。主變重新投用后，再次進(jìn)行紅外檢測(cè)，如圖4所示，最高溫度僅為41.2℃，過熱的缺陷完全消除。主變冷卻器的潛油泵接線盒內(nèi)積水，看起來是個(gè)小缺陷、小故障，卻無法被運(yùn)維人員在常規(guī)的運(yùn)行監(jiān)視和現(xiàn)場(chǎng)巡檢中發(fā)現(xiàn)，而且該缺陷已達(dá)嚴(yán)重等級(jí)，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(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，保障主變壓器安全可靠運(yùn)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(yùn)行時(shí)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?yàn)闇囟雀叩挠兔芏刃?，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(yùn)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(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)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(cè)時(shí)，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(yùn)行且負(fù)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(jìn)一步證實(shí)油溫異常，核對(duì)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(yīng)立即進(jìn)行檢查分析，查找原因并消除缺陷。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(diǎn)檢查主變的冷卻系統(tǒng)。通過仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)冷卻器上的散熱片表面積灰積垢嚴(yán)重。3#主變冷卻方式為強(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷，風(fēng)冷卻器裝在油箱外的獨(dú)立支架上，流經(jīng)冷卻器的油采用風(fēng)扇冷卻，冷卻風(fēng)扇將風(fēng)扇箱內(nèi)散熱器附近的高溫空氣抽出。為了增強(qiáng)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(yán)重影響了散熱效果，尤其是迎峰度夏高溫天氣時(shí)更為明顯。隨后幾天，電廠運(yùn)維人員加強(qiáng)了3#主變上層油溫的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)變壓器油溫呈現(xiàn)逐步上升趨勢(shì)，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(jī)維護(hù)迫在眉睫。8月20日凌晨利用機(jī)組短暫的停役機(jī)會(huì)，對(duì)3#主變的散熱片進(jìn)行水沖洗。當(dāng)天機(jī)組投運(yùn)后，DCS顯示最高油溫僅為57℃，主變壓器恢復(fù)正常運(yùn)行。利用紅外熱像儀及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器本體溫度異常，進(jìn)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(cè)溫可以遠(yuǎn)距離測(cè)量設(shè)備的表面溫度，直觀顯示測(cè)量區(qū)域內(nèi)的溫度分布情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的在線故障檢測(cè)，作為一項(xiàng)精密診斷技術(shù)廣泛應(yīng)用于具有電流、電壓致熱效應(yīng)引起表面溫度分布特點(diǎn)的各種電氣設(shè)備，是目前燃機(jī)電廠電氣設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)一種重要的、行之有效的手段，對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要作用。

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作者：李必強(qiáng) 單位：杭州華電半山發(fā)電有限公司