论文部分内容阅读
[摘 要]在发电厂的各种设备中，往往由于出现故障而导致设备运行的温度状态发生异常，因此通过红外成像技术来监测发电厂各种设备的状态变化，可以及时有效的对设备故障做出诊断。通过红外测温技术，使电气的高压设备、低压设备、机、炉高温高压管道运行中的隐患能早期发现并及时消除，为保证发电厂机组及电网的安全运行起着其他监测手段不可代替的作用。针对红外成像技术在发电厂的应用，本文作了浅谈。
[关键词]红外成像技术 发电厂 应用
中图分类号：TN219 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0258-01
一、红外成像技术及其特点
电气设备会由于某些电气元部件运行中逐渐出现松动、破裂、锈蚀等造成接触电阻增加，致使电气元部件温度升高，出现热异常现象，所以电气设备的发热性缺陷大都不是突发性的，会经历一个发生、发展到事故的过程。目前，对一些有发展性的缺陷用传统手段较难准确发现，特别是一些在运行中较易发热的设备缺陷，要到设备发热到一定的程度后（一般都已造成运行设备不同程度的损坏）才能被发现，延误了设备缺陷的及时发现和处理。红外诊断技术是一种诊断电气设备故障的非接触式的检测手段，可以显示故障部位和故障的严重程度，能够进行设备缺陷热分布场的分析，比传统的预防性试验相比，不仅减少了设备停电时间，更能有效的检测出与运行电压、负荷电流有关的设备缺陷，可准确判断内部、外部故障的具体部位，在对电气设备运行工况的状态诊断中发挥了巨大的作用。应用红外热成像技术对电气设备进行检测能及时有效地发现和识别运行中设备的发热部位及隐患，为分析缺陷的原因及缺陷的程度提供了科学依据。
发电厂传统测量各类设备运行温度的方法是使用示温蜡片，温度计等接触性测量，而红外成像采用非接触性测量，测量时可距被测设备几米甚至几十米，对测量人员十分安全、不需要设备停运，不改变系统的运行状态，可以在设备正常运行的情况下直接测量，做到省时、省力，实现在线监测，大面积快速扫描成像，并可借助计算机进行分析，为实施状态性检修做出可靠的判断，所测出的精确度也是一般点温计所达不到的。其运用范围广，投资回报率高，及时发现隐患减少一次机组非计划停运，即可为公司减少损失数万元以上。
二、红外成像技术在发电厂的应用
发电厂应用红外热成像仪进行扫描的范围主要包括锅炉热保温部分、蒸汽管道、热风道、除尘器烟道、输煤皮带、阀门、电动机控制中心、电气控制盘、变压器、升压站设备、电路板、电缆接头等。
（一）红外测温技术对大型变压器故障的分析
电力变压器作为电气系统的核心，是发电厂的主设备。在正常运行时，变压器的热像图特征主要体现为三点，分别为顶部是高温区，温度逐渐向下减弱；套管升高座附近温度最高；本体呈现一个明亮的红外热图像。无论负载轻重，变压器自身都存在一定的损耗，通过同类比较法和档案分析法对变压器各部件的热像检测对比，可有效发现变压器多种缺陷。
常见的缺陷有：
第一，铁芯局部发热缺陷。变压器铁芯局部发热是由于铁芯迭片片间短路或铁芯多点接地造成的，这两种原因引起的铁芯局部发热都在变压器内部，因此只有对低厂变、励磁变等干式变压器和固体绝缘的干式PT、CT等设备才能采用红外检测发现此类缺陷。对于主变等大容量油浸变压器而言，由于故障点产生的热功率无法有效地传导到箱体表面，故在运行中无法通过红外成像技术发现此类缺陷。此时建议采用在变压器空载和带负荷时用钳形表测量其铁芯接地引下线和上、下油箱的接地线电流并做记录，以分析如变压器漏磁增大，铁芯接地等。
第二，箱体局部过热。导致变压器箱体局部过热可能有两种原因。第一种是由漏磁在箱体产生的涡流损耗引起发热，这种发热特征是的温度较高，伴有钟罩螺栓过热发红等现象，红外成像温度在100℃～300℃。第二种是由于发热区域附近的电气回路故障和绝缘介质劣化引起的，由于其发热时间长而且比较稳定，故障点的热量可以通过热传导和对流传导与周围的导体或绝缘材料发生热量传递，引起这些部位的温度升高。因此这种发热特征是发热点的温度较低通常仅比附近箱体表面高出几摄氏度。此类发热故障与变压器因涡流损耗引起发热的最大不同就是其热像图不具有环流形状，并且绝缘不良引起的局部发热多同时伴有变压器油的气化，可以结合油色谱分析来具体判断故障性质。
第三，变压器油回路异常。利用热成像仪扫描变压器散热器表面温度是否均匀，可判断变压器油回路有无堵塞情况，其原理就是根据金属容器与绝缘油的热比值不同的物理特性。同理可用扫描油枕表面温度的分界面的方法来判断油枕内的实际油位。
（二） 红外测温技术对开展电缆故障的诊断
从电缆事故统计可知，电缆故障多发生在终端和中间接头处，其原因是由于接触过热或工艺不良导致电缆绝缘损坏后发生击穿。在红外成像图中，若电缆终端整体温度高于其他负荷基本相近的电缆终端，根据DL/T 664-2008提供的相对温差计算公式计算，当计算得出δt>20时，可认为该电缆终端绝缘整体受潮缺陷。若电缆终端有局部温度过高的现象，可能是由于制作油浸电缆头浇灌或交联电缆热缩头包扎不良、压接头几何尺寸不对称等原因造成的电缆终端三叉口处过热缺陷，而产生以电缆终端三叉口处某点为中心的局部发热。电缆中间接头发热多是由于中间接头连接时接管压接不紧或接触面氧化腐蚀等造成局部过热缺陷，根据红外热像图能很容易分辨出发热部位，并根据DL/T 664-2008中规定判断其故障性质。
（三） 红外测温对电动机故障情况的诊断分析
电动机设备故障主要发生在接线桩头、轴承和联轴器、定子铁芯与绕组、换向器等部位。由于安装调整不到位、轴承受力不正常、润滑油量不足等原因都能引起轴承摩擦损耗增大，导致发热。因此用温度判别法和同类比较法相结合，来检测电动机运行中的轴承温度，能取到很好的预防效果。
（四）低压电气设备方面的应用
发现了大量的低压电气设备接头过热、母排接头过热、刀闸过热、保险口过热、接地线过热等缺陷。如发现400 V一接地螺栓严重过热（130℃），原因是接地扁铁未正确连接在地网上。而这样的缺陷平时很难发现，也容易造成人身伤害。
三、 对红外测像技术应用于发电厂的几点建议
（一） 建立基础图库。建议对电厂投运初期将所有的一次设备红外热像图收集起来，建立基础图库，在以后的检测工作中产生的热像图不断充实进图库中，进行定期分析对比，以掌握设备运行状态、绝缘老化情况和热故障发展的趋势。（二）编写相应作业指导书。由于红外成像仪所检测的设备操作复杂，且其测试中易受到温度、湿度、风速、阳光照射等因素的干扰，故建议针对大型重要设备分设备编写相应的作业指导书，对工作人员的具体工作和分析方法作出详细的指导，如在每次工作中检测人员站立的位置（应相同），检测的时间（应相似），检测的气候环境应遵守DL/T 664-2008中规定并对检测值做出修正等都应在作业指导书中体现，以防止测试条件的不同和分析方法的错误造成的得出错误结论。
（三）灵活运用各种分析诊断方法。红外热成像技术可准确判断设备接头发热等外部缺陷，但对于设备内部缺陷的诊断还存在一定的难度，建议在判断内部缺陷时依据DL/T 664-2008红外规范的要求，灵活运用各种适合的分析诊断方法，同时结合具体设备的工况、内部结构进行综合分析诊断，参考电力设备预防性试验，通过应用不同的判断法避免对缺陷性质定性不准。特别对高压套管器、避雷器、耦合电容器等电压致热型设备，2℃左右的微小温差决不能忽视，这样才能准确分析、诊断出设备的内部热缺陷。
参考文献
[1]朱育理.红外热成像技术在发电厂中的应用[J].江苏电机工程.2011.02期.
[2]石建勇.在线监测及红外热成像技术在陡河发电厂的应用[J]. 华北电力技术.1995.09期
[3]张蓉.红外成像技术在大型发电厂的应用[J].中国科技纵横.2013.02期
[作者简介] 王刚（1980—），男，内蒙古人，毕业于长春工程学院，学士学位，助理工程师，现从事火力发电厂电气运行管理工作。
[关键词]红外成像技术 发电厂 应用
中图分类号：TN219 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0258-01
一、红外成像技术及其特点
电气设备会由于某些电气元部件运行中逐渐出现松动、破裂、锈蚀等造成接触电阻增加，致使电气元部件温度升高，出现热异常现象，所以电气设备的发热性缺陷大都不是突发性的，会经历一个发生、发展到事故的过程。目前，对一些有发展性的缺陷用传统手段较难准确发现，特别是一些在运行中较易发热的设备缺陷，要到设备发热到一定的程度后（一般都已造成运行设备不同程度的损坏）才能被发现，延误了设备缺陷的及时发现和处理。红外诊断技术是一种诊断电气设备故障的非接触式的检测手段，可以显示故障部位和故障的严重程度，能够进行设备缺陷热分布场的分析，比传统的预防性试验相比，不仅减少了设备停电时间，更能有效的检测出与运行电压、负荷电流有关的设备缺陷，可准确判断内部、外部故障的具体部位，在对电气设备运行工况的状态诊断中发挥了巨大的作用。应用红外热成像技术对电气设备进行检测能及时有效地发现和识别运行中设备的发热部位及隐患，为分析缺陷的原因及缺陷的程度提供了科学依据。
发电厂传统测量各类设备运行温度的方法是使用示温蜡片，温度计等接触性测量，而红外成像采用非接触性测量，测量时可距被测设备几米甚至几十米，对测量人员十分安全、不需要设备停运，不改变系统的运行状态，可以在设备正常运行的情况下直接测量，做到省时、省力，实现在线监测，大面积快速扫描成像，并可借助计算机进行分析，为实施状态性检修做出可靠的判断，所测出的精确度也是一般点温计所达不到的。其运用范围广，投资回报率高，及时发现隐患减少一次机组非计划停运，即可为公司减少损失数万元以上。
二、红外成像技术在发电厂的应用
发电厂应用红外热成像仪进行扫描的范围主要包括锅炉热保温部分、蒸汽管道、热风道、除尘器烟道、输煤皮带、阀门、电动机控制中心、电气控制盘、变压器、升压站设备、电路板、电缆接头等。
（一）红外测温技术对大型变压器故障的分析
电力变压器作为电气系统的核心，是发电厂的主设备。在正常运行时，变压器的热像图特征主要体现为三点，分别为顶部是高温区，温度逐渐向下减弱；套管升高座附近温度最高；本体呈现一个明亮的红外热图像。无论负载轻重，变压器自身都存在一定的损耗，通过同类比较法和档案分析法对变压器各部件的热像检测对比，可有效发现变压器多种缺陷。
常见的缺陷有：
第一，铁芯局部发热缺陷。变压器铁芯局部发热是由于铁芯迭片片间短路或铁芯多点接地造成的，这两种原因引起的铁芯局部发热都在变压器内部，因此只有对低厂变、励磁变等干式变压器和固体绝缘的干式PT、CT等设备才能采用红外检测发现此类缺陷。对于主变等大容量油浸变压器而言，由于故障点产生的热功率无法有效地传导到箱体表面，故在运行中无法通过红外成像技术发现此类缺陷。此时建议采用在变压器空载和带负荷时用钳形表测量其铁芯接地引下线和上、下油箱的接地线电流并做记录，以分析如变压器漏磁增大，铁芯接地等。
第二，箱体局部过热。导致变压器箱体局部过热可能有两种原因。第一种是由漏磁在箱体产生的涡流损耗引起发热，这种发热特征是的温度较高，伴有钟罩螺栓过热发红等现象，红外成像温度在100℃～300℃。第二种是由于发热区域附近的电气回路故障和绝缘介质劣化引起的，由于其发热时间长而且比较稳定，故障点的热量可以通过热传导和对流传导与周围的导体或绝缘材料发生热量传递，引起这些部位的温度升高。因此这种发热特征是发热点的温度较低通常仅比附近箱体表面高出几摄氏度。此类发热故障与变压器因涡流损耗引起发热的最大不同就是其热像图不具有环流形状，并且绝缘不良引起的局部发热多同时伴有变压器油的气化，可以结合油色谱分析来具体判断故障性质。
第三，变压器油回路异常。利用热成像仪扫描变压器散热器表面温度是否均匀，可判断变压器油回路有无堵塞情况，其原理就是根据金属容器与绝缘油的热比值不同的物理特性。同理可用扫描油枕表面温度的分界面的方法来判断油枕内的实际油位。
（二） 红外测温技术对开展电缆故障的诊断
从电缆事故统计可知，电缆故障多发生在终端和中间接头处，其原因是由于接触过热或工艺不良导致电缆绝缘损坏后发生击穿。在红外成像图中，若电缆终端整体温度高于其他负荷基本相近的电缆终端，根据DL/T 664-2008提供的相对温差计算公式计算，当计算得出δt>20时，可认为该电缆终端绝缘整体受潮缺陷。若电缆终端有局部温度过高的现象，可能是由于制作油浸电缆头浇灌或交联电缆热缩头包扎不良、压接头几何尺寸不对称等原因造成的电缆终端三叉口处过热缺陷，而产生以电缆终端三叉口处某点为中心的局部发热。电缆中间接头发热多是由于中间接头连接时接管压接不紧或接触面氧化腐蚀等造成局部过热缺陷，根据红外热像图能很容易分辨出发热部位，并根据DL/T 664-2008中规定判断其故障性质。
（三） 红外测温对电动机故障情况的诊断分析
电动机设备故障主要发生在接线桩头、轴承和联轴器、定子铁芯与绕组、换向器等部位。由于安装调整不到位、轴承受力不正常、润滑油量不足等原因都能引起轴承摩擦损耗增大，导致发热。因此用温度判别法和同类比较法相结合，来检测电动机运行中的轴承温度，能取到很好的预防效果。
（四）低压电气设备方面的应用
发现了大量的低压电气设备接头过热、母排接头过热、刀闸过热、保险口过热、接地线过热等缺陷。如发现400 V一接地螺栓严重过热（130℃），原因是接地扁铁未正确连接在地网上。而这样的缺陷平时很难发现，也容易造成人身伤害。
三、 对红外测像技术应用于发电厂的几点建议
（一） 建立基础图库。建议对电厂投运初期将所有的一次设备红外热像图收集起来，建立基础图库，在以后的检测工作中产生的热像图不断充实进图库中，进行定期分析对比，以掌握设备运行状态、绝缘老化情况和热故障发展的趋势。（二）编写相应作业指导书。由于红外成像仪所检测的设备操作复杂，且其测试中易受到温度、湿度、风速、阳光照射等因素的干扰，故建议针对大型重要设备分设备编写相应的作业指导书，对工作人员的具体工作和分析方法作出详细的指导，如在每次工作中检测人员站立的位置（应相同），检测的时间（应相似），检测的气候环境应遵守DL/T 664-2008中规定并对检测值做出修正等都应在作业指导书中体现，以防止测试条件的不同和分析方法的错误造成的得出错误结论。
（三）灵活运用各种分析诊断方法。红外热成像技术可准确判断设备接头发热等外部缺陷，但对于设备内部缺陷的诊断还存在一定的难度，建议在判断内部缺陷时依据DL/T 664-2008红外规范的要求，灵活运用各种适合的分析诊断方法，同时结合具体设备的工况、内部结构进行综合分析诊断，参考电力设备预防性试验，通过应用不同的判断法避免对缺陷性质定性不准。特别对高压套管器、避雷器、耦合电容器等电压致热型设备，2℃左右的微小温差决不能忽视，这样才能准确分析、诊断出设备的内部热缺陷。
参考文献
[1]朱育理.红外热成像技术在发电厂中的应用[J].江苏电机工程.2011.02期.
[2]石建勇.在线监测及红外热成像技术在陡河发电厂的应用[J]. 华北电力技术.1995.09期
[3]张蓉.红外成像技术在大型发电厂的应用[J].中国科技纵横.2013.02期
[作者简介] 王刚（1980—），男，内蒙古人，毕业于长春工程学院，学士学位，助理工程师，现从事火力发电厂电气运行管理工作。