红外热像仪在燃机电厂主变运维中的应用

李必强

（杭州华电半山发电有限公司，浙江 杭州 310015）

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Fluke Ti32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。

图1 潜油泵可见光图

图2 潜油泵发热红外热像图

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/T 664-2016《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。

图3 潜油泵接线盒内积水

图4 潜油泵正常运行红外热像图

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。

图5 3#主变本体红外热像图

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。

图7 DCS显示3#主变上层油温

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。