熱紅外成像技術(shù)在水電廠的應(yīng)用

王 勇 艾 云 張學(xué)偉

（國(guó)網(wǎng)湖北電力有限公司黃龍灘水力發(fā)電廠，湖北十堰442000）

0 引言

熱紅外成像具有對(duì)被檢測(cè)對(duì)象遠(yuǎn)距離、不接觸、實(shí)時(shí)、快捷檢測(cè)的特點(diǎn)，加之技術(shù)不斷成熟和國(guó)產(chǎn)化，在各行業(yè)對(duì)發(fā)熱類設(shè)備的監(jiān)測(cè)中已經(jīng)逐漸普及應(yīng)用起來。電力設(shè)備上幾乎所有的電氣缺陷和一部分機(jī)械缺陷最終都會(huì)反映出發(fā)熱的特性，因此利用熱紅外成像技術(shù)能夠及時(shí)、有效地發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備大部分初期缺陷，通過及時(shí)地分析、處理，可以防止缺陷擴(kuò)大和消除隱患。

1 熱紅外成像在水電廠設(shè)備監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)缺陷的幾個(gè)案例

1.1 斷路器出線連接螺栓壓接不良

2012年9月24日，某水電廠110 kV開關(guān)站母聯(lián)開關(guān)黃24 A相下端接線板發(fā)熱，溫度高達(dá)133.95℃，同期B相溫度為24.3℃、C相溫度為24.1℃，環(huán)境溫度23.5℃，溫升達(dá)110.45 K。分析圖1可知，是連接螺栓上墊片選用不當(dāng)，壓緊時(shí)墊片變形，長(zhǎng)時(shí)間放電造成了溫升。

圖1 螺栓壓接不良

1.2 發(fā)電機(jī)刷架結(jié)合部過熱

2014年8月19日，巡視人員發(fā)現(xiàn)2號(hào)發(fā)電機(jī)下刷架結(jié)合部發(fā)熱最高時(shí)達(dá)110℃。分析圖2可知，是由兩塊刷架電流通路結(jié)合部接觸不良引起的。因?yàn)樵撍⒓軆砂晔抢媒^緣套和螺帽固定連接的，壓緊力不可能太大，再加上長(zhǎng)期運(yùn)行過程中因振動(dòng)略有松動(dòng)，造成刷架接觸不良發(fā)熱，拆開后發(fā)現(xiàn)接觸面已經(jīng)有芝麻大的一個(gè)電弧坑。

1.3 發(fā)熱部位未必是故障部位

2015年，某新投運(yùn)水電廠1、2號(hào)發(fā)電機(jī)碳刷有發(fā)熱嚴(yán)重甚至引線燒斷的現(xiàn)象。因?yàn)樵搹S采用的是點(diǎn)式紅外測(cè)溫儀，不能較準(zhǔn)確地測(cè)量碳刷的實(shí)時(shí)發(fā)熱情況。

圖2 結(jié)合部過熱

維護(hù)檢修人員向筆者反映了他們?nèi)粘１O(jiān)視的現(xiàn)象：先有一個(gè)碳刷溫度特別高，其他碳刷溫度一般，運(yùn)行一段時(shí)間后之前溫度最高的碳刷溫度降下來，另一個(gè)碳刷溫度又升起來，而且發(fā)熱部位均是碳刷的根部引線處。雖然筆者不能到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察，但根據(jù)現(xiàn)象分析，發(fā)熱溫度最高的未必是故障碳刷，不發(fā)熱的才可能是故障碳刷。因?yàn)榘l(fā)熱的碳刷引線接觸好，接觸電阻小，電流分配遠(yuǎn)比其他碳刷多，所以發(fā)熱，當(dāng)運(yùn)行一段時(shí)間后因?yàn)榘l(fā)熱燒損接觸電阻增大，而電流就會(huì)選擇接觸電阻更小的碳刷，才會(huì)出現(xiàn)上述維護(hù)檢修人員反映的現(xiàn)象。確定應(yīng)該是碳刷質(zhì)量問題，后重新采購(gòu)新碳刷，更換后故障消失。

1.4 13.8 kV電流互感器固定鐵板發(fā)熱

2014年7月23日，發(fā)現(xiàn)某水電廠1號(hào)機(jī)13.8 kV電流互感器固定鐵板發(fā)熱。分析圖3可知，是交變電流通過電流互感器在鐵板上形成交變閉合磁路，產(chǎn)生渦流損耗，從而使鐵板發(fā)熱。將鐵板沿電流互感器徑向水平延長(zhǎng)線上切一條橫縫即可解決問題。

圖3 渦流發(fā)熱

1.5 壓力容器內(nèi)的油位校核

壓力容器內(nèi)油位無法直觀反映和檢查，只能通過油位計(jì)反映，但油位計(jì)是通過間接方式反映的（如圖4中的磁翻板式等），因此反映出的數(shù)據(jù)也未必準(zhǔn)確和真實(shí)。通過熱紅外成像儀就能清晰地反映出油和氣的分界線，進(jìn)而校核油位計(jì)反映油位的真實(shí)、準(zhǔn)確性，如圖4所示。

圖4 油位校核

1.6 變壓器油枕油位的校驗(yàn)（金屬膨脹器式除外）

膠囊式和隔膜式油枕均可以用熱紅外成像來檢查真實(shí)油位和膠囊或隔膜的好壞。如圖5所示，熱紅外成像反映1號(hào)主變儲(chǔ)油柜油位呈水平線、2號(hào)主變儲(chǔ)油柜油位呈曲線。油位呈曲線為隔膜脫落（僅針對(duì)隔膜式儲(chǔ)油柜檢測(cè)有效），此類缺陷容易導(dǎo)致變壓器油劣化、受潮，發(fā)現(xiàn)后應(yīng)盡快處理[1]。

圖5 油位的校驗(yàn)

2 熱紅外診斷的局限性

2.1 熱紅外輻射在固體中的穿透能力極其微弱

如故障發(fā)熱功率太小或故障部位距設(shè)備表面太遠(yuǎn)，由于熱量的橫向傳遞，使故障發(fā)熱不能在設(shè)備表面產(chǎn)生明顯的特征性響應(yīng)；再或因設(shè)備內(nèi)部的熱交換過程特別復(fù)雜，致使內(nèi)部的故障發(fā)熱無法在設(shè)備表面形成特征性熱場(chǎng)分布。在這種情況下，紅外方法就很難從設(shè)備外部檢測(cè)到內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)，因此也就難以準(zhǔn)確地進(jìn)行故障診斷[2]。

2013年2月，400 V廠用電柜4號(hào)檢修滲漏排水泵電源抽屜開關(guān)的抽屜插頭與柜體母排插座A相接觸不良燒壞，造成檢修滲漏泵電機(jī)缺陷運(yùn)行，因滲漏泵控制柜內(nèi)有電機(jī)保護(hù)裝置及時(shí)切除電機(jī)電源，保護(hù)了電機(jī)未受損壞。在這個(gè)故障案例中，因400 V電源柜較厚，發(fā)熱不易檢測(cè)到；同時(shí)像滲漏泵這種不定期運(yùn)行的設(shè)備，日常定期式的檢測(cè)也不能觀測(cè)到，故而針對(duì)該類設(shè)備只能通過特巡方式進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 熱紅外抗光干擾能力差

如圖6所示，變壓器器身上有一個(gè)很強(qiáng)的紅外成像發(fā)熱點(diǎn)，但其實(shí)是對(duì)面墻上的燈具在變壓器器身上的反光。

因此，使用熱紅外成像儀時(shí)應(yīng)注意一般檢測(cè)環(huán)境要求[3]：

圖6 光干擾

（1）被檢設(shè)備是帶電運(yùn)行設(shè)備，應(yīng)盡量避開視線中的封閉遮擋物，如門和蓋板等。

（2）環(huán)境溫度一般不低于5℃，相對(duì)濕度一般不大于85%；天氣以陰天、多云為宜，夜間圖像質(zhì)量更佳；檢測(cè)不應(yīng)在雷、雨、霧、雪等氣象條件下進(jìn)行，檢測(cè)時(shí)風(fēng)速一般不大于5 m/s。

（3）戶外晴天要避免陽光直接或反射進(jìn)入儀器鏡頭，在室內(nèi)或晚上檢測(cè)應(yīng)避開燈光的直射，宜閉燈檢測(cè)。

（4）檢測(cè)電流致熱型設(shè)備，最好在高峰負(fù)荷下進(jìn)行；否則，一般應(yīng)在不低于30%的額定負(fù)荷下進(jìn)行，同時(shí)應(yīng)充分考慮小負(fù)荷電流對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

3 結(jié)語

熱紅外成像還可以應(yīng)用到諸如油水管路導(dǎo)通檢查、絕緣子污漬、電纜、架空線路、電動(dòng)機(jī)等等日常檢測(cè)中。溫度、溫升異常設(shè)備肯定存在缺陷，但要加強(qiáng)分析找出發(fā)熱根源，發(fā)熱的部位并不一定就是故障部位。同時(shí)，還應(yīng)對(duì)熱紅外成像儀器加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)及在合適的環(huán)境下采取正確的使用方法，才能很好地保證檢測(cè)的效果。