淺談紅外成像在呂四港電廠的應用

張恒?高翔

摘要：紅外成像技術是一種快速、有效地確定電氣設備故障的方法。該技術廣泛用于發電廠電氣設備帶電運行時的在線監測，該設備的應用能幫助及時發現和處理設備隱患，提高電力設備運行可靠性。

關鍵詞：紅外成像；電流致熱；電壓致熱；缺陷

作者簡介：張恒（1985-），男，江蘇啟東人，大唐國際呂四港發電有限責任公司，助理工程師；高翔（1978-），男，山西繁峙人，大唐國際呂四港發電有限責任公司，高級工程師。（江蘇 啟東 226246）

中圖分類號：TM6 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）05-0211-01

紅外成像集光電成像技術、計算機技術、圖像處理技術于一身，通過接收物體發出的紅外線輻射，將其熱像顯示在屏幕上，從而幫助相關人員準確判斷物體表面的溫度分布情況，使用該技術具有不停電、不取樣、非接觸、直觀、快速、安全等其他檢測手段不具備的優越性，對保障電力設備的安全運行起到了積極作用。

呂四港電廠于2008年12月配備了一臺FLUKE TI55型紅外成像儀，它利用紅外成像系統直接接收設備表面的紅外輻射，并可自動捕獲畫面中超過溫度設定范圍的物體圖像，進而測出設備表面的溫度及其溫度場的分布情況，判斷設備是否存在熱故障，為保證電力設備安全運行，提高設備可靠性作出重要貢獻。

一、紅外成像的原理

溫度處在熱力學溫度零度（-273℃）以上的物體都存在一種與人眼所能辨別的反射圖形十分相似的熱輻射圖形，紅外成像儀就是把這種物體上存在的熱輻射圖像通過紅外技術轉變成人眼能見的可見光圖像。

紅外成像儀主要由紅外攝像頭和處理器兩部分組成。紅外攝像頭接收物體表面輻射的紅外能量并將其轉換成電信號，處理器再把電信號轉化成數字信號并進行存儲。當紅外成像儀獲得完整的一幀紅外圖像數據后，就通過內置的彩色顯示屏顯示出來。電廠相關人員通過對圖像的分析和判斷，了解設備可能出現的故障，從而有針對性地對其進行檢修，防止故障進一步升級，起到預防作用。

二、紅外成像技術在呂四港電廠的應用

呂四港電廠自投產起就積極應用紅外成像技術，只要表面能發出紅外輻射且不受阻擋的設備，都屬于紅外診斷的有效監測范圍，例如：旋轉電機、變壓器、斷路器、互感器、電力電容器、避雷器、電力電纜、母線、導線、絕緣子串、組合電器、低壓電器及二次回路等。至今已經通過紅外成像技術對現場電氣設備進行了兩年多的檢測，積累了一定的經驗。在兩年多的檢測過程中，相關人員發現了一些發熱故障，并進行了處理。

2010年4月28日，工作人員在對2號發電機進行紅外成像時，發現刷架下的勵磁母性正極螺栓處溫升異常（見圖1），隨后繼續加強監視。在隨后的一個月內，該處溫度繼續升高，并伴有打火現象。在分析討論后決定，于5月25日緊急停機進行處理，在處理過程中，發現發電機勵磁母線正極與刷架連接螺栓共4根，已燒斷1根（見圖2），另三根打火痕跡明顯。

經分析：首先，勵磁母線與刷架連接處螺栓選用不合理，應該選用不銹鋼螺栓，但實際使用的為碳鋼螺栓；其次，刷架與勵磁母線結合面間隙過大（最大有10絲），導致電流大部分從螺栓處流過，發生過熱燒損。經對刷架與勵磁母線接頭處所有螺栓重新調整、緊固，并將碳鋼螺栓全部更換成不銹鋼螺栓，測量母線結合面無間隙后，重新起機，該處紅外成像顯示正常。

在夏季大負荷時期，也曾多次在巡檢中發現主變冷卻器控制箱內二次線有過熱跡象，溫度最高達到106℃（見圖3）。而發生該類情況均是由于端子排接線有松動，導致接觸電阻增大，產生過熱的現象，關于這種現象對端子排接線作緊固處理即可消除。

上述例舉的均是利用發熱點相對環境溫度的溫升來判斷過熱缺陷的例子，當被檢測點相對環境溫度的溫升相差較大時就表明該處缺陷，這種方法簡單、直觀、實用性較強，但涉及的缺陷均為電流致熱型缺陷。該類缺陷主要原因是設備的接觸面電阻過大而導致發熱，在電流互感器、隔離開關、斷路器、變壓器套管等設備的接線板上較為常見，特點是發熱部位相對正常，設備發熱明顯，溫升較大。這在紅外圖像中為一個明顯的亮點，一般來說很容易被發現。

相對于電流致熱性缺陷，電壓致熱性缺陷較難判別。電壓致熱性缺陷的主要成因往往是設備內部絕緣出現老化、受潮、放電等情況。此類缺陷常見于避雷器、耦合電容、電壓互感器、絕緣子等設備中，特點是發熱部位較為隱蔽，發熱點相對正常設備常常只有幾攝氏度的溫差，在背景干擾較大和儀器參數設置不當的情況下很容易被忽略。而電壓致熱型故障往往隱藏著較嚴重的設備內部問題，長期發展下去很容易引發設備事故。

在兩年多的紅外測溫工作中，相關員工發現的各種缺陷多數都是接頭接觸電阻過大導致的發熱，為電流致熱性缺陷，而電壓致熱型缺陷暫無發現。一方面是受制于儀器的功能限制，另一方面也跟初期缺少相關經驗有關，不過隨著歷年的測溫圖片和數據的積累，相信紅外測溫技術一定會在此類設備檢測中發揮越來越大的作用。

三、結語

紅外診斷技術還可以在電廠其他諸多方面發揮重要作用，例如：轉動機械軸系過熱故障的診斷；儲煤自燃隱患的診斷；鍋爐堵灰的紅外檢測等。基本上凡是能夠表現為溫度異常的各種故障，都可以應用紅外檢測技術做出診斷。

另外，對GIS、開關柜等封閉式電力設備，目前還不能直接通過紅外檢測手段進行檢測，這也是目前紅外檢測系統在電力系統應用中的一個局限之處。

參考文獻：

[1]段利英.紅外檢測技術在大同第二發電廠的應用[J].華北電力技術，2000，（4）.

[2]中華人民共和國國家發展和改革委員會.DL/T664-2008帶電設備紅外診斷應用規范[S].北京：中國電力出版社，2008.

（責任編輯：宋秀麗）