热红外成像技术在水电厂的应用

王 勇 艾 云 张学伟

（国网湖北电力有限公司黄龙滩水力发电厂，湖北十堰442000）

0 引言

热红外成像具有对被检测对象远距离、不接触、实时、快捷检测的特点，加之技术不断成熟和国产化，在各行业对发热类设备的监测中已经逐渐普及应用起来。电力设备上几乎所有的电气缺陷和一部分机械缺陷最终都会反映出发热的特性，因此利用热红外成像技术能够及时、有效地发现电气设备大部分初期缺陷，通过及时地分析、处理，可以防止缺陷扩大和消除隐患。

1 热红外成像在水电厂设备监测中发现缺陷的几个案例

1.1 断路器出线连接螺栓压接不良

2012年9月24日，某水电厂110 kV开关站母联开关黄24 A相下端接线板发热，温度高达133.95℃，同期B相温度为24.3℃、C相温度为24.1℃，环境温度23.5℃，温升达110.45 K。分析图1可知，是连接螺栓上垫片选用不当，压紧时垫片变形，长时间放电造成了温升。

图1 螺栓压接不良

1.2 发电机刷架结合部过热

2014年8月19日，巡视人员发现2号发电机下刷架结合部发热最高时达110℃。分析图2可知，是由两块刷架电流通路结合部接触不良引起的。因为该刷架两瓣是利用绝缘套和螺帽固定连接的，压紧力不可能太大，再加上长期运行过程中因振动略有松动，造成刷架接触不良发热，拆开后发现接触面已经有芝麻大的一个电弧坑。

1.3 发热部位未必是故障部位

2015年，某新投运水电厂1、2号发电机碳刷有发热严重甚至引线烧断的现象。因为该厂采用的是点式红外测温仪，不能较准确地测量碳刷的实时发热情况。

图2 结合部过热

维护检修人员向笔者反映了他们日常监视的现象：先有一个碳刷温度特别高，其他碳刷温度一般，运行一段时间后之前温度最高的碳刷温度降下来，另一个碳刷温度又升起来，而且发热部位均是碳刷的根部引线处。虽然笔者不能到现场进行观察，但根据现象分析，发热温度最高的未必是故障碳刷，不发热的才可能是故障碳刷。因为发热的碳刷引线接触好，接触电阻小，电流分配远比其他碳刷多，所以发热，当运行一段时间后因为发热烧损接触电阻增大，而电流就会选择接触电阻更小的碳刷，才会出现上述维护检修人员反映的现象。确定应该是碳刷质量问题，后重新采购新碳刷，更换后故障消失。

1.4 13.8 kV电流互感器固定铁板发热

2014年7月23日，发现某水电厂1号机13.8 kV电流互感器固定铁板发热。分析图3可知，是交变电流通过电流互感器在铁板上形成交变闭合磁路，产生涡流损耗，从而使铁板发热。将铁板沿电流互感器径向水平延长线上切一条横缝即可解决问题。

图3 涡流发热

1.5 压力容器内的油位校核

压力容器内油位无法直观反映和检查，只能通过油位计反映，但油位计是通过间接方式反映的（如图4中的磁翻板式等），因此反映出的数据也未必准确和真实。通过热红外成像仪就能清晰地反映出油和气的分界线，进而校核油位计反映油位的真实、准确性，如图4所示。

图4 油位校核

1.6 变压器油枕油位的校验（金属膨胀器式除外）

胶囊式和隔膜式油枕均可以用热红外成像来检查真实油位和胶囊或隔膜的好坏。如图5所示，热红外成像反映1号主变储油柜油位呈水平线、2号主变储油柜油位呈曲线。油位呈曲线为隔膜脱落（仅针对隔膜式储油柜检测有效），此类缺陷容易导致变压器油劣化、受潮，发现后应尽快处理[1]。

图5 油位的校验

2 热红外诊断的局限性

2.1 热红外辐射在固体中的穿透能力极其微弱

如故障发热功率太小或故障部位距设备表面太远，由于热量的横向传递，使故障发热不能在设备表面产生明显的特征性响应；再或因设备内部的热交换过程特别复杂，致使内部的故障发热无法在设备表面形成特征性热场分布。在这种情况下，红外方法就很难从设备外部检测到内部的运行状态，因此也就难以准确地进行故障诊断[2]。

2013年2月，400 V厂用电柜4号检修渗漏排水泵电源抽屉开关的抽屉插头与柜体母排插座A相接触不良烧坏，造成检修渗漏泵电机缺陷运行，因渗漏泵控制柜内有电机保护装置及时切除电机电源，保护了电机未受损坏。在这个故障案例中，因400 V电源柜较厚，发热不易检测到；同时像渗漏泵这种不定期运行的设备，日常定期式的检测也不能观测到，故而针对该类设备只能通过特巡方式进行检测。

2.2 热红外抗光干扰能力差

如图6所示，变压器器身上有一个很强的红外成像发热点，但其实是对面墙上的灯具在变压器器身上的反光。

因此，使用热红外成像仪时应注意一般检测环境要求[3]：

图6 光干扰

（1）被检设备是带电运行设备，应尽量避开视线中的封闭遮挡物，如门和盖板等。

（2）环境温度一般不低于5℃，相对湿度一般不大于85%；天气以阴天、多云为宜，夜间图像质量更佳；检测不应在雷、雨、雾、雪等气象条件下进行，检测时风速一般不大于5 m/s。

（3）户外晴天要避免阳光直接或反射进入仪器镜头，在室内或晚上检测应避开灯光的直射，宜闭灯检测。

（4）检测电流致热型设备，最好在高峰负荷下进行；否则，一般应在不低于30%的额定负荷下进行，同时应充分考虑小负荷电流对测试结果的影响。

3 结语

热红外成像还可以应用到诸如油水管路导通检查、绝缘子污渍、电缆、架空线路、电动机等等日常检测中。温度、温升异常设备肯定存在缺陷，但要加强分析找出发热根源，发热的部位并不一定就是故障部位。同时，还应对热红外成像仪器加强维护保养及在合适的环境下采取正确的使用方法，才能很好地保证检测的效果。