利用紅外熱成像技術分析深井泵故障原因

孫偉，雷雄波

（湖北清江水電開發有限責任公司，湖北　宜昌　443000）

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利用紅外熱成像技術分析深井泵故障原因

孫偉，雷雄波

（湖北清江水電開發有限責任公司，湖北宜昌443000）

〔摘 要〕介紹了某水電站檢修排水系統的功能及深井泵的歷史運行情況，指出采用傳統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在水電站應用的前景和優勢，并提出了相應的改進建議。

〔關鍵詞〕水電站；檢修排水系統；紅外熱成像技術；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2 450h，年平均發電量為39.85億kWh。4臺機組于2008年8月全部投產發電。

1　檢修排水系統介紹

1.1檢修排水系統的功能

檢修排水系統用來在機組檢修時，排空水輪發電機組的蝸殼、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采用間接排水，即水輪機尾水管、蝸殼積水先經排水廊道排至集水井，再由深井泵排至廠外。每臺機組設有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。該系統共有4臺深井泵，泵參數為：額定流量1 250 m3/h，額定揚程90m。

檢修排水系統控制設備由1塊聯控柜和4塊動力柜及配套電纜組成。每臺深井泵設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臺深井泵根據液位變送器和液位開關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號機開始并網發電，至2008年8月，4臺機組全部并網發電，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臺機組投產后，深井泵排水系統由該水電站負責，但深井泵排水系統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。如深井泵運行時經常導致動力柜內的電源開關脫扣或廠用電配電屏上相應的電源開關過流脫扣，必須現地手動復歸該電源開關，不僅浪費了時間和人力，還影響了機組檢修時的排水效率；深井泵運行時還經常引起動力柜內軟啟動器的過熱保護動作，需要現場檢查泵和電機無問題后手動復歸電源開關、軟啟動裝置；而且存在深井泵電機漏油嚴重、深井泵逆止盤出現裂紋、運行時頂部冒白煙等嚴重缺陷導致更換深井泵電機、軸承等零部件，造成的經濟損失也非常大；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。

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的運行規程內明確規定：

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

2　傳統方法分析故障原因

深井泵出現如此眾多的缺陷、故障，若將整個深井泵及其控制、動力系統進行更換，則作為剛投運的設備從經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、電流均符合設備說明書的規定；由此可見，其電壓、電流均在安全運行范圍內。使用振動烈度儀測量深井泵的振動擺度等，發現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，發現其均在正常范圍，未發現明顯溫度異常點。

因此，必須從全新的角度，應用新的技術、設備、方式方法解決深井泵無法長期運行的問題。

3　紅外熱成像技術分析故障原因

3.1紅外熱成像技術工作原理

紅外熱成像技術是通過測量設備表征溫度的物理參數來求得被測溫度，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）。通過直觀的設備表面溫度及其分布圖，可以診斷設備的狀態及異常部位的準確位置，分析設備內部的熱損耗部位和性質，故紅外熱成像技術是施行設備狀態監測最直觀、最有效的方法之一。因此，引入紅外熱成像技術來檢測檢修排水系統。

3.2檢測結果分析

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，發現1，2，3號深井泵運行時母排及開關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），發現其控制柜內空氣開關下側母排B相及開關端子處異常升高至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），發現其控制柜內空氣開關下側母線排C相及開關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），發現其控制柜內空氣開關下側母排C相及開關端子處溫度異常高至115℃，而A相33℃，B相27℃。

經維護人員緊急處理，通過清掃、緊固控制柜螺栓，更換開關母線連接螺栓、母排、深井泵電源開關等措施，將開關端子處溫度控制在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果進行分析，得出如下結論。

（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、端子連接處溫度正常，設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號泵連續運行2h，3號泵連續運行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間斷運行。1，4號泵同時連續間隔運行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。

根據檢測結果，處理了相關端子處溫度異常后，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定。

4　結束語

紅外熱成像技術主要應用于帶電運行設備的故障隱患檢測，對提高電氣設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，使得電力設備的早期故障診斷和預防性維修成為可能。此外，紅外熱成像技術還可及時發現故障點，把嚴重事故消滅在萌芽狀態，確保電氣設備的安全、經濟運行，從而帶來巨大的社會效益和經濟效益。

當然，紅外熱成像技術也有局限性，如在固體中穿透能力弱，易受環境、距離、發射率、表面光潔度等因素的影響，且不同熱成像系統的相對孔徑、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熱成像設備外，再配置1套FLUKE熱成像設備，以加強對水電站設備的管理、運行分析、隱患排查，保障設備的安全運行。新技術、新設備、新方法在水電站生產中的應用，能夠更加高效地發現以前無法量化的設備隱患，從更深層次上關注細節，預防不安全事件和事故的發生。

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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，主要從事設備管理和運行工作。