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燃机电厂主变运维红外热像仪应用

摘要:依托燃机电厂主变压器运行维护经验,利用红外热像仪对主变压器本体、套管、冷却装置及油路系统等进行红外检测,及时发现过热或温度异常,对故障缺陷做出可靠预测与精密诊断,提高主变压器运行可靠性,减少事故的发生。

关键词:燃机电厂;主变压器;红外热像仪;发热;精密诊断

电力变压器是发电厂的重要电气设备之一,利用电磁感应的原理实现电能传递和电压转换。根据功能和用途的不同,发电厂的电力变压器可以分为:主变压器、启动备用变压器、高压厂用变压器、低压厂用变压器等。其中主变压器容量大且结构复杂,其安全与稳定运行,对发电和输配电都起着举足轻重的作用。某燃机电厂S109FA燃气-蒸汽联合循环机组的主变压器使用天威保变的SFP-480000/220型油浸式三相电力变压器,额定容量480000kVA,额定电压242/19kV,额定电流1145/14586A,冷却方式为强迫导向油循环风冷。主变压器由铁芯、绕组、油箱、冷却装置、套管和包括储油柜、吸湿器、气体继电器、温度计等在内的保护装置组成。发热是电气设备最常见的故障现象之一,导体连接不良、绝缘损坏、匝间短路、局部放电、涡流损耗等故障都会导致设备局部发热,但设备运行中的发热难以通过触摸和肉眼观察直接发现。红外线测温作为电气设备在线检测技术的一种,具有快捷准确和非接触远距离测量的优点,在当前电气设备故障精密诊断领域有着广阔的应用空间。

1红外热像仪的原理和优点

温度高于绝对零度(-273℃)的任何物体,其原子、分子都在不断地热运动,并以电磁波的形式向周围空间辐射能量,称之为热辐射。物体的温度在1000℃以下时,热辐射最强的是红外辐射。物体的红外辐射能量大小与它的表面温度关系十分密切,所以,通过对物体红外辐射的测量,能准确地测出物体表面的温度和温度场分布。红外测温仪器主要有红外热像仪、红外热电视和红外测温仪。普通的红外测温仪受光学系统的限制,其光学分辨率较小,只有单点测量功能,测量的是一个较小圆形区域内的平均温度,无法实现大面积的整体测温,这样就会造成较小温度异常点的漏检,存在安全隐患。而红外热像仪能够捕获测量区域内一个面的整体温度分布,实时产生红外热像图,快速发现高温、低温点,并对热像图进行存储和注释,从而避免漏检。红外热像仪由红外探测器、信号处理器、监视器和光学成像系统等组成,可将肉眼不可见的红外辐射转换成可见的红外热像图。探测器接受被测物体的红外辐射能量,转换产生电信号,经放大处理后再转换成我们能在监视器上看到的红外热像图。该热像图与物体表面的热分布场相对应,实质上是被测物体红外辐射的热像分布图。红外成像测温在电力设备运行状态检测中有着无比的优越性,具有带电非接触检测、扫描范围广、检测距离远、检测精度高且快速直观等优点,其中部分优点是预防性试验所不具备的。红外热像仪适用于具有电流、电压致热型的各电压等级设备,包括电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、套管、避雷器、电力电缆、母线、绝缘子、低压电器及二次回路等。通过对电气设备表面温度及温度场的检测,在故障发生初期及时发现问题,提高设备可靠性。

2诊断案例

2.1主变潜油泵温度异常

2019年8月12日晚上,精密诊断工程师利用FlukeTi32红外热像仪在进行7#主变红外精确检测时,发现第五组冷却器下方潜油泵的接线盒温度异常。7#主变冷却方式为强迫导向油循环风冷,利用安装在散热器下方连接管路上的潜油泵(图1)进行强迫油循环,使油流经风冷却器进行散热,冷却后的油流入绕组和铁芯油道中。从图2潜油泵发热红外热像图可以看出,接线盒位置最高温度为87.4℃,而同期运行的其他几组冷却器的潜油泵接线盒区域最高温度不超过50℃。因此该设备存在明显过热,且热点温度>80℃,按照DL/T664-2016《带电设备红外诊断应用规范》规定,判定属于严重缺陷,应尽快查找故障原因,并安排处理。停机后,维护人员拆开潜油泵接线盒,发现接线盒内积水严重,一根电源线已完全浸没在水中。如图3所示,接线盒内的积水痕迹非常明显,如果水位再稍微上升一点,就会引起电源直接短路。维护人员清除接线盒内积水,进行干燥和紧固密封,并举一反三对其他潜油泵接线盒进行逐个排查。主变重新投用后,再次进行红外检测,如图4所示,最高温度仅为41.2℃,过热的缺陷完全消除。主变冷却器的潜油泵接线盒内积水,看起来是个小缺陷、小故障,却无法被运维人员在常规的运行监视和现场巡检中发现,而且该缺陷已达严重等级,电源短路一触即发,若短路则后果难以设想。精密诊断工程师利用红外热像仪,及时发现故障隐患,保障主变压器安全可靠运行。

2.2主变本体温度异常

油浸式变压器的绕组和铁芯装在充满变压器油的油箱中,变压器油起绝缘和冷却的作用,而油箱就是油浸式变压器的外壳,所以油浸式变压器外壳或本体的温度直接反映变压器油温。变压器运行时各部件的温度不同,绕组温度最高,铁芯次之,变压器油的温度最低。因为温度高的油密度小,所以变压器油箱的上层油温比下层油温要高,为了便于监视运行中变压器各部件的温度,规定以上层油温为允许温度。强迫导向油循环风冷的变压器上层油温一般不超过75℃,最高不超过85℃。2020年8月14日晚上,精密诊断工程师在3#主变红外精确检测时,发现主变压器本体温度异常。从图5的红外热像图可见,主变本体最高温度为71℃,离控制油温75℃仅一步之遥。而同期运行且负荷相近的2#主变、7#主变、8#主变和9#主变本体最高温度为58℃,两者相差13℃。为进一步证实油温异常,核对变压器就地双侧油温表及DCS主变油温,三者温度基本一致,判定3#主变油温显著升高,应立即进行检查分析,查找原因并消除缺陷。变压器由于铁芯绝缘不良、油路管道堵塞、涡流损耗和冷却装置故障等原因容易造成本体温度异常。而夏季高温天气变压器油温整体偏高最大可能是冷却装置异常,所以,重点检查主变的冷却系统。通过仔细检查发现冷却器上的散热片表面积灰积垢严重。3#主变冷却方式为强迫导向油循环风冷,风冷却器装在油箱外的独立支架上,流经冷却器的油采用风扇冷却,冷却风扇将风扇箱内散热器附近的高温空气抽出。为了增强散热能力,在散热管外焊有许多散热片。散热片大量积灰积垢,使散热面积大幅减少,严重影响了散热效果,尤其是迎峰度夏高温天气时更为明显。随后几天,电厂运维人员加强了3#主变上层油温的监测,发现变压器油温呈现逐步上升趋势,如图7所示,8月19日最高温度已经超过75℃的控制值,停机维护迫在眉睫。8月20日凌晨利用机组短暂的停役机会,对3#主变的散热片进行水冲洗。当天机组投运后,DCS显示最高油温仅为57℃,主变压器恢复正常运行。利用红外热像仪及时发现变压器本体温度异常,进行精密诊断分析,并采取有效措施使变压器处于良好的工作状态,提高设备的可靠性,避免事故的发生。

3结语

红外成像测温可以远距离测量设备的表面温度,直观显示测量区域内的温度分布情况,实现对电气设备的在线故障检测,作为一项精密诊断技术广泛应用于具有电流、电压致热效应引起表面温度分布特点的各种电气设备,是目前燃机电厂电气设备状态检测一种重要的、行之有效的手段,对电力系统安全稳定运行有着重要作用。

参考文献:

[1]胡志光.火电厂电气设备及运行技术[M].北京:中国电力出版社,2011.

[2]张建奇.红外物理[M].2版.西安:西安电子科技大学出版社,2013.

[3]杨轶群.红外成像仪在升压站中的应用[J].电机技术,2020(01):50-53.

[4]刘溟江.红外热像检测在发电厂电气设备状态检测中的应用[J].机械制造与自动化,2011,40(06):206-210.

[5]王亮.FLUKE红外热成像仪在设备精密点检中的应用[J].山东工业技术,2016(11):271.

作者:李必强 单位:杭州华电半山发电有限公司

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