紅外診斷技術(shù)在亭子口水利樞紐中的應(yīng)用

李 盤

（嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400）

1 工程概述

亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內(nèi)，是嘉陵江干流的控制性骨干水利樞紐工程，開發(fā)任務(wù)以防洪、灌溉及城鄉(xiāng)供水、發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)，并具有攔沙減淤等綜合利用效益。水庫正常蓄水位458 m，總庫容40.67億m3，可灌溉農(nóng)田19.476萬hm2，電站裝機(jī)容量4×275 MW，保證出力163～187 MW，設(shè)計(jì)年平均發(fā)電量29.67億～31.94億kW·h。

亭子口水利樞紐主接線采用的是發(fā)電機(jī)變壓器組聯(lián)合單元接線，500 kV采用角形接線，該接線方式簡單、清晰，投資最少，電站初期為1回出線、三角形接線，僅設(shè)3臺高壓斷路器。在這種發(fā)變組擴(kuò)大單元接線方式下，單臺機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)就會影響到2臺機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，因此紅外診斷技術(shù)在亭子水利樞紐中的應(yīng)用顯得特別重要。同時(shí)亭子口作為一個(gè)水利樞紐工程，負(fù)荷電流很少能夠在額定負(fù)荷下運(yùn)行，針對這種情況采用了紅外診斷故障中的相對溫差法對其進(jìn)行診斷。

2 電氣設(shè)備發(fā)熱類型

電氣設(shè)備在不同的運(yùn)行條件和狀態(tài)下具有不同程度的發(fā)熱，這種現(xiàn)象稱為設(shè)備的熱狀態(tài)，熱狀態(tài)可分為正常和異常兩種情況。設(shè)備熱狀態(tài)的異常是因設(shè)備本身存在缺陷或故障所引起，如果設(shè)備長時(shí)間高溫運(yùn)行，那么其穩(wěn)定性、強(qiáng)度、絕緣性和導(dǎo)電性能都將受到影響和威脅。故掌握設(shè)備的表面溫度場分布以及設(shè)備的發(fā)熱趨勢曲線和溫升情況，同時(shí)結(jié)合不同設(shè)備的缺陷及故障情況，將有利于及時(shí)作出反饋。

2.1 電氣設(shè)備外部故障

電力設(shè)備的外部故障主要是指從設(shè)備外部可以直接觀測到的故障，可以分為兩類:長期暴露在大氣中的各種裸露電氣接頭因接觸不良等原因引起的發(fā)熱故障；由于機(jī)械力作用或表面污穢引起絕緣性能降低造成的過熱故障，如絕緣子劣化或嚴(yán)重污穢，引起泄漏電流增大而發(fā)熱。

2.2 電氣設(shè)備內(nèi)部故障

電力設(shè)備的內(nèi)部故障主要是指封閉在油絕緣、固體絕緣以及設(shè)備殼體內(nèi)部的電氣回路故障和絕緣介質(zhì)劣化引起的各種故障。故障出現(xiàn)在電氣設(shè)備的內(nèi)部，無法從設(shè)備的外部直接檢測出來。

3 紅外診斷電氣設(shè)備缺陷及故障的方法

3.1 表面溫度判斷法

表面溫度判斷法主要適用于電流過大引起的發(fā)熱或者由于電磁效應(yīng)產(chǎn)生的發(fā)熱設(shè)備，檢測和診斷比較方便、直觀。將所測得的設(shè)備表面溫度值與DL/T 664—2008《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》 中高壓設(shè)備相應(yīng)部件等溫度和溫升極限的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行對比，并考慮負(fù)荷大小和環(huán)境氣候條件對檢測的影響。

3.2 同類比較判斷法

同比較判斷法是根據(jù)同組三相設(shè)備、同相設(shè)備之間及同類設(shè)備之間對應(yīng)部位的溫差進(jìn)行比較分析。電流過大引起的發(fā)熱設(shè)備檢測時(shí)可同時(shí)應(yīng)用相對溫差判斷法。

對于型號規(guī)格相同的電壓致熱型設(shè)備，可根據(jù)其對應(yīng)點(diǎn)溫升值的差異來判斷設(shè)備是否正常。電壓致熱型設(shè)備的缺陷宜采用允許溫升或同類允許溫差作為判斷依據(jù)。由于電壓致熱型設(shè)備的致熱參數(shù)（比如介質(zhì)損）在出廠時(shí)可能與技術(shù)條件的規(guī)定值有一定的誤差，最大參數(shù)與最小參數(shù)之差取20%，再考慮檢測時(shí)存在一定的測量誤差，故同類設(shè)備的溫差不應(yīng)超過允許溫升的30%，如果超過此規(guī)定，則說明設(shè)備有缺陷，而且由于故障發(fā)展快、危害性大，故應(yīng)定為重大缺陷。一般情況下，當(dāng)同類溫差超過允許溫升值的30%時(shí)，應(yīng)定為重大缺陷；當(dāng)三相電壓不對稱時(shí)，應(yīng)考慮工作電壓的影響。

3.3 圖像特征判斷法

對于電壓致熱型設(shè)備建議采用熱譜圖分析法，根據(jù)同類設(shè)備在正常狀態(tài)和異常狀態(tài)下的熱譜圖差異來判斷設(shè)備是否正常。

3.4 相對溫差判斷法

電流致熱型設(shè)備的檢測一般采用相對溫差判斷法，不同的環(huán)境溫度或者不相同的設(shè)備負(fù)荷都會對設(shè)備溫度的檢測產(chǎn)生影響，此方法可以避免這些影響。尤其是對于負(fù)荷較小的電流致熱型設(shè)備，應(yīng)用此方法可減小負(fù)荷缺陷的漏判，該方法在亭子口水利樞紐這種電站負(fù)荷較輕的情況有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

紅外診斷工作中存在的一個(gè)普遍性問題是缺乏一個(gè)判斷設(shè)備缺陷的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。目前，GB763—90《交流高壓電器在長期工作時(shí)的發(fā)熱》標(biāo)準(zhǔn)是電器設(shè)備進(jìn)行型式試驗(yàn)的一個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其規(guī)定的溫度和溫升是在規(guī)定的環(huán)境條件和額定負(fù)荷電流下的允許值，而實(shí)際運(yùn)行電氣設(shè)備的環(huán)境條件差別較大，負(fù)荷電流也不太可能都在額定負(fù)荷下運(yùn)行，故要滿足規(guī)范所要求的條件比較困難。若采用GB763—90《交流高壓電器在長期工作時(shí)的發(fā)熱》規(guī)定的溫度或溫升標(biāo)準(zhǔn)對小負(fù)荷下運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行溫度判斷，具有很大的局限性，有可能會誤判，導(dǎo)致一些溫度雖然不高，但相間溫度有較大差別 （如大于10 K），實(shí)際上已存在嚴(yán)重或緊急的缺陷沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，待高負(fù)荷時(shí)缺陷進(jìn)一步發(fā)展惡化，不得不臨時(shí)申請停電處理，給生產(chǎn)運(yùn)行帶來了十分不利的影響。

針對這一問題，提出了相對溫差法。所謂相對溫差，就是設(shè)備基本情況 （包括設(shè)備型號規(guī)格、安裝地點(diǎn)、表面狀態(tài)及負(fù)荷電流有效值或所加電壓有效值）相同的兩個(gè)對應(yīng)測量點(diǎn)之間的溫差與其中較熱點(diǎn)溫升的比值的百分?jǐn)?shù)。相對溫差的計(jì)算公式為

式中，τ1為溫度較高的測點(diǎn)的溫升值；τ2為溫度較低的測點(diǎn)的溫升值。

根據(jù) 《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，求出各電氣設(shè)備的相對溫差的允許值，見表1。

表1 不同設(shè)備的相對溫差的判斷標(biāo)準(zhǔn)

需要特別說明的是，應(yīng)對判斷設(shè)備是否正常考慮細(xì)一些，對判斷設(shè)備缺陷的嚴(yán)重程度考慮粗一些。當(dāng)設(shè)備某一接觸點(diǎn)的接觸電阻值達(dá)到廠家規(guī)定值的5倍以上時(shí)，說明設(shè)備已經(jīng)嚴(yán)重不正常，此時(shí)相對溫差大于80%，因此將δt＞80%定為重大缺陷；當(dāng)接觸電阻值達(dá)到廠家規(guī)定值的20倍時(shí)，δt=95%說明設(shè)備的接觸情況非常壞，隨時(shí)都可能在瞬時(shí)大電流的沖擊下引發(fā)事故，應(yīng)視同緊急缺陷來對待。之所以定為視同緊急缺陷來處理，是考慮設(shè)備的實(shí)際溫升并未超過GB763—90《交流高壓電器在長期工作時(shí)的發(fā)熱》的規(guī)定，允許通過采取一定的技術(shù)措施后再停電處理，以避免因緊急停電造成不必要的損失，目前很多單位都這樣處理。

3.5 檔案分析判斷法 （紅外臺賬圖譜比較法）

檔案分析判斷法是在建立健全的設(shè)備紅外檢測技術(shù)臺賬的基礎(chǔ)上，將設(shè)備的檢測數(shù)據(jù)與紅外技術(shù)臺賬記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判斷。通過分析設(shè)備在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的溫度變化情況，繪制設(shè)備發(fā)熱曲線圖，有助于判斷設(shè)備是否存在缺陷或故障。

3.6 實(shí)時(shí)分析判斷法

實(shí)時(shí)分析判斷法是使用紅外熱像儀對設(shè)備進(jìn)行一定時(shí)間的連續(xù)跟蹤檢測，記錄檢測數(shù)據(jù)隨時(shí)間、負(fù)載等因素的變化情況。

4 結(jié) 語

在實(shí)際檢測中常存在兩個(gè)誤區(qū):一是認(rèn)識上的誤區(qū)，往往認(rèn)為要等到基本滿負(fù)荷時(shí)檢測才有意義，才能發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，而低負(fù)荷測試沒有意義，這是一種片面的、不理解導(dǎo)則的表現(xiàn)；二是行動上的誤區(qū)，在檢測時(shí)把重點(diǎn)放在 “測溫”、尤其是查找 “高溫點(diǎn)”上，忽略了小負(fù)荷設(shè)備的檢測，目前檢測儀器都比較先進(jìn)，溫度分辨率也都比較高，對于發(fā)現(xiàn)小電流下的 “低溫缺陷”和電壓致熱型設(shè)備的缺陷都非常有利。

紅外測溫技術(shù)適用于電氣設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)和檢測，其具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn):遠(yuǎn)離被檢測設(shè)備，保證安全；測溫不接觸設(shè)備，保證設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)不受影響；可以在設(shè)備區(qū)域進(jìn)行大面積的掃描巡檢，大量節(jié)省時(shí)間和人力；測溫范圍寬、精度高等。利用紅外成像儀對發(fā)電廠電氣設(shè)備進(jìn)行檢測能夠極早的、快速的發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷及故障，有效地保證了設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

［1］DL/T 664—2008 帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范［S］.

［2］上海超高壓輸變電公司.超高壓輸變電操作技能培訓(xùn)教材［M］.北京:中國電力出版社,2004.