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摘要:依托燃機(jī)電廠主變壓器運行維護(hù)經(jīng)驗,利用紅外熱像儀對主變壓器本體、套管、冷卻裝置及油路系統(tǒng)等進(jìn)行紅外檢測,及時發(fā)現(xiàn)過熱或溫度異常,對故障缺陷做出可靠預(yù)測與精密診斷,提高主變壓器運行可靠性,減少事故的發(fā)生。
關(guān)鍵詞:燃機(jī)電廠;主變壓器;紅外熱像儀;發(fā)熱;精密診斷
電力變壓器是發(fā)電廠的重要電氣設(shè)備之一,利用電磁感應(yīng)的原理實現(xiàn)電能傳遞和電壓轉(zhuǎn)換。根據(jù)功能和用途的不同,發(fā)電廠的電力變壓器可以分為:主變壓器、啟動備用變壓器、高壓廠用變壓器、低壓廠用變壓器等。其中主變壓器容量大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,其安全與穩(wěn)定運行,對發(fā)電和輸配電都起著舉足輕重的作用。某燃機(jī)電廠S109FA燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的主變壓器使用天威保變的SFP-480000/220型油浸式三相電力變壓器,額定容量480000kVA,額定電壓242/19kV,額定電流1145/14586A,冷卻方式為強迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷。主變壓器由鐵芯、繞組、油箱、冷卻裝置、套管和包括儲油柜、吸濕器、氣體繼電器、溫度計等在內(nèi)的保護(hù)裝置組成。發(fā)熱是電氣設(shè)備最常見的故障現(xiàn)象之一,導(dǎo)體連接不良、絕緣損壞、匝間短路、局部放電、渦流損耗等故障都會導(dǎo)致設(shè)備局部發(fā)熱,但設(shè)備運行中的發(fā)熱難以通過觸摸和肉眼觀察直接發(fā)現(xiàn)。紅外線測溫作為電氣設(shè)備在線檢測技術(shù)的一種,具有快捷準(zhǔn)確和非接觸遠(yuǎn)距離測量的優(yōu)點,在當(dāng)前電氣設(shè)備故障精密診斷領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用空間。
1紅外熱像儀的原理和優(yōu)點
溫度高于絕對零度(-273℃)的任何物體,其原子、分子都在不斷地?zé)徇\動,并以電磁波的形式向周圍空間輻射能量,稱之為熱輻射。物體的溫度在1000℃以下時,熱輻射最強的是紅外輻射。物體的紅外輻射能量大小與它的表面溫度關(guān)系十分密切,所以,通過對物體紅外輻射的測量,能準(zhǔn)確地測出物體表面的溫度和溫度場分布。紅外測溫儀器主要有紅外熱像儀、紅外熱電視和紅外測溫儀。普通的紅外測溫儀受光學(xué)系統(tǒng)的限制,其光學(xué)分辨率較小,只有單點測量功能,測量的是一個較小圓形區(qū)域內(nèi)的平均溫度,無法實現(xiàn)大面積的整體測溫,這樣就會造成較小溫度異常點的漏檢,存在安全隱患。而紅外熱像儀能夠捕獲測量區(qū)域內(nèi)一個面的整體溫度分布,實時產(chǎn)生紅外熱像圖,快速發(fā)現(xiàn)高溫、低溫點,并對熱像圖進(jìn)行存儲和注釋,從而避免漏檢。紅外熱像儀由紅外探測器、信號處理器、監(jiān)視器和光學(xué)成像系統(tǒng)等組成,可將肉眼不可見的紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見的紅外熱像圖。探測器接受被測物體的紅外輻射能量,轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電信號,經(jīng)放大處理后再轉(zhuǎn)換成我們能在監(jiān)視器上看到的紅外熱像圖。該熱像圖與物體表面的熱分布場相對應(yīng),實質(zhì)上是被測物體紅外輻射的熱像分布圖。紅外成像測溫在電力設(shè)備運行狀態(tài)檢測中有著無比的優(yōu)越性,具有帶電非接觸檢測、掃描范圍廣、檢測距離遠(yuǎn)、檢測精度高且快速直觀等優(yōu)點,其中部分優(yōu)點是預(yù)防性試驗所不具備的。紅外熱像儀適用于具有電流、電壓致熱型的各電壓等級設(shè)備,包括電機(jī)、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器、套管、避雷器、電力電纜、母線、絕緣子、低壓電器及二次回路等。通過對電氣設(shè)備表面溫度及溫度場的檢測,在故障發(fā)生初期及時發(fā)現(xiàn)問題,提高設(shè)備可靠性。
2診斷案例
2.1主變潛油泵溫度異常
2019年8月12日晚上,精密診斷工程師利用FlukeTi32紅外熱像儀在進(jìn)行7#主變紅外精確檢測時,發(fā)現(xiàn)第五組冷卻器下方潛油泵的接線盒溫度異常。7#主變冷卻方式為強迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷,利用安裝在散熱器下方連接管路上的潛油泵(圖1)進(jìn)行強迫油循環(huán),使油流經(jīng)風(fēng)冷卻器進(jìn)行散熱,冷卻后的油流入繞組和鐵芯油道中。從圖2潛油泵發(fā)熱紅外熱像圖可以看出,接線盒位置最高溫度為87.4℃,而同期運行的其他幾組冷卻器的潛油泵接線盒區(qū)域最高溫度不超過50℃。因此該設(shè)備存在明顯過熱,且熱點溫度>80℃,按照DL/T664-2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》規(guī)定,判定屬于嚴(yán)重缺陷,應(yīng)盡快查找故障原因,并安排處理。停機(jī)后,維護(hù)人員拆開潛油泵接線盒,發(fā)現(xiàn)接線盒內(nèi)積水嚴(yán)重,一根電源線已完全浸沒在水中。如圖3所示,接線盒內(nèi)的積水痕跡非常明顯,如果水位再稍微上升一點,就會引起電源直接短路。維護(hù)人員清除接線盒內(nèi)積水,進(jìn)行干燥和緊固密封,并舉一反三對其他潛油泵接線盒進(jìn)行逐個排查。主變重新投用后,再次進(jìn)行紅外檢測,如圖4所示,最高溫度僅為41.2℃,過熱的缺陷完全消除。主變冷卻器的潛油泵接線盒內(nèi)積水,看起來是個小缺陷、小故障,卻無法被運維人員在常規(guī)的運行監(jiān)視和現(xiàn)場巡檢中發(fā)現(xiàn),而且該缺陷已達(dá)嚴(yán)重等級,電源短路一觸即發(fā),若短路則后果難以設(shè)想。精密診斷工程師利用紅外熱像儀,及時發(fā)現(xiàn)故障隱患,保障主變壓器安全可靠運行。
2.2主變本體溫度異常
油浸式變壓器的繞組和鐵芯裝在充滿變壓器油的油箱中,變壓器油起絕緣和冷卻的作用,而油箱就是油浸式變壓器的外殼,所以油浸式變壓器外殼或本體的溫度直接反映變壓器油溫。變壓器運行時各部件的溫度不同,繞組溫度最高,鐵芯次之,變壓器油的溫度最低。因為溫度高的油密度小,所以變壓器油箱的上層油溫比下層油溫要高,為了便于監(jiān)視運行中變壓器各部件的溫度,規(guī)定以上層油溫為允許溫度。強迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷的變壓器上層油溫一般不超過75℃,最高不超過85℃。2020年8月14日晚上,精密診斷工程師在3#主變紅外精確檢測時,發(fā)現(xiàn)主變壓器本體溫度異常。從圖5的紅外熱像圖可見,主變本體最高溫度為71℃,離控制油溫75℃僅一步之遙。而同期運行且負(fù)荷相近的2#主變、7#主變、8#主變和9#主變本體最高溫度為58℃,兩者相差13℃。為進(jìn)一步證實油溫異常,核對變壓器就地雙側(cè)油溫表及DCS主變油溫,三者溫度基本一致,判定3#主變油溫顯著升高,應(yīng)立即進(jìn)行檢查分析,查找原因并消除缺陷。變壓器由于鐵芯絕緣不良、油路管道堵塞、渦流損耗和冷卻裝置故障等原因容易造成本體溫度異常。而夏季高溫天氣變壓器油溫整體偏高最大可能是冷卻裝置異常,所以,重點檢查主變的冷卻系統(tǒng)。通過仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)冷卻器上的散熱片表面積灰積垢嚴(yán)重。3#主變冷卻方式為強迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷,風(fēng)冷卻器裝在油箱外的獨立支架上,流經(jīng)冷卻器的油采用風(fēng)扇冷卻,冷卻風(fēng)扇將風(fēng)扇箱內(nèi)散熱器附近的高溫空氣抽出。為了增強散熱能力,在散熱管外焊有許多散熱片。散熱片大量積灰積垢,使散熱面積大幅減少,嚴(yán)重影響了散熱效果,尤其是迎峰度夏高溫天氣時更為明顯。隨后幾天,電廠運維人員加強了3#主變上層油溫的監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)變壓器油溫呈現(xiàn)逐步上升趨勢,如圖7所示,8月19日最高溫度已經(jīng)超過75℃的控制值,停機(jī)維護(hù)迫在眉睫。8月20日凌晨利用機(jī)組短暫的停役機(jī)會,對3#主變的散熱片進(jìn)行水沖洗。當(dāng)天機(jī)組投運后,DCS顯示最高油溫僅為57℃,主變壓器恢復(fù)正常運行。利用紅外熱像儀及時發(fā)現(xiàn)變壓器本體溫度異常,進(jìn)行精密診斷分析,并采取有效措施使變壓器處于良好的工作狀態(tài),提高設(shè)備的可靠性,避免事故的發(fā)生。
3結(jié)語
紅外成像測溫可以遠(yuǎn)距離測量設(shè)備的表面溫度,直觀顯示測量區(qū)域內(nèi)的溫度分布情況,實現(xiàn)對電氣設(shè)備的在線故障檢測,作為一項精密診斷技術(shù)廣泛應(yīng)用于具有電流、電壓致熱效應(yīng)引起表面溫度分布特點的各種電氣設(shè)備,是目前燃機(jī)電廠電氣設(shè)備狀態(tài)檢測一種重要的、行之有效的手段,對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行有著重要作用。
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作者:李必強 單位:杭州華電半山發(fā)電有限公司