淺談工業(yè)電氣中的紅外成像技術

孫偉

（哈爾濱中國標準鉛筆公司，黑龍江 哈爾濱 150026）

紅外成像技術是不接觸電氣設備，在不停電的情況下進行電氣設備故障檢測和診斷的現(xiàn)代化手段。本文主要介紹紅外成像技術在電氣設備監(jiān)測和故障診斷中的應用。

1 紅外成像技術原理：

紅外熱像儀是一種新型的光電探測設備，此技術是利用物體輻射出不同波長的紅外線原理，將被測目標表面的熱信息瞬間可視化，確定故障部位，并且在專業(yè)的分析軟件幫助下，進行分析完成安全檢測和電氣預防性維護工作，這就是電力設備紅外監(jiān)測和故障診斷的基本原理。

2 紅外成像技術特點：

紅外成像儀能很清晰地顯示設備的溫度場，對設備的整體發(fā)熱情況作很直觀的觀察，對同一設備的不同點溫度的異常也能很快發(fā)現(xiàn)，它具有穩(wěn)定、可靠、測溫迅速、分辨率高、直觀、不受電磁干擾以及信息采集、存儲、處理和分析方便等優(yōu)點。紅外成像采用非接觸性測量，測量時可距被測設備幾米甚至幾十米，因此對工作人員十分安全；不需設備停電，它可以在設備正常運行的情況下直接測量，特別是高電壓設備，也易于進行計算機分析、實施狀態(tài)性檢修，還可以利用軟件進行分析比較，做出可靠的判斷。

3 紅外成像技術應用

發(fā)熱常常是設備損壞或功能故障的早期征兆，近年來，利用紅外成像技術進行監(jiān)測和故障診斷，發(fā)現(xiàn)了大量的電氣設備缺陷，如隔離開關發(fā)熱，斷路器內部故障發(fā)熱，變壓器和電抗器套管內故障發(fā)熱，高壓電纜接頭發(fā)熱、高壓電機線棒故障、互感器缺油等。另外紅外成像技術的應用，不僅替代了母線零值絕緣子串的帶電檢測，還可對避雷器進行在線檢測。我們知道，電介質在高溫狀態(tài)下耐熱性、穩(wěn)定性劣化，如長期在高溫狀態(tài)下運行，會發(fā)生擊穿現(xiàn)象，從而喪失它的電氣絕緣性能。因此通過監(jiān)視設備性能并在需要時安排維護、檢修，可降低因設備故障而發(fā)生的非計劃性停產的可能性，減少維護費用和設備維修的成本，延長設備資產的壽命，并最大限度地提高維護效果和生產能力。

1）檢測要求及周期

被檢測設備應為帶電運行設備（設備通電時間不小于6h，最好在24h以上），應盡量避開視線中的封閉遮擋物，如門和蓋板等。

環(huán)境溫度一般不低于5℃，相對濕度一般不大于85%；天氣為陰天、夜間或晴天日落2h后，夜間圖像質量為佳；不應在雷、雨、霧、雪等氣象條件下進行，檢測時風速一般不大于5m/s。

戶外晴天要避開陽光直接照射或反射進入儀器鏡頭，在室內或晚上檢測應避開燈光的直射，宜閉燈檢測。

檢測電流致熱型設備，最好在高峰負荷下進行。否則，一般應在不低于30%的額定負荷下進行，同時應充分考慮小負荷電流對測試結果的影響。

正常運行變（配）電設備的檢測應遵循檢修和預試前普查、高溫高負荷等情況下的特殊巡測相結合的原則。一般220kV及以上交（直）流變電站每年不少于兩次，其中一次可在大負荷前，另一次可在停電檢修及預試前，以便使查出的缺陷在檢修中能夠得到及時處理，避免重復停電。

110kV及以下重要變（配）電站每年檢測一次。

對于運行環(huán)境差、陳舊或有缺陷的設備，需適當增加檢測次數(shù)。

新建、改擴建或大修后的電氣設備，應在投運帶負荷后不超過1個月內（但至少在24h以后）進行一次精確檢測，對原始數(shù)據(jù)及圖像進行存檔。

建議每年對330kV及以上（有條件的單位可開展220kV及以下設備）變壓器、套管、避雷器、電容式電壓互感器、電流互感器、電纜頭等電壓致熱型設備進行一次精確檢測，做好記錄，并將測試數(shù)據(jù)及圖像存入紅外數(shù)據(jù)庫，進行動態(tài)管理。

輸電線路的檢測一般在大負荷前進行。對500kV以上架空線路和重要的220(330)kV架空線路接續(xù)金具，每年宜檢測一次；110kV線路和其他的220(330)kV線路，可每兩年進行一次。新投產和做相關大修后的線路，應在投運帶負荷后不超過1個月內（但至少24h以后）進行一次檢測。

對于線路上的瓷絕緣子及合成絕緣子，有條件和經(jīng)驗的也可進行檢測。

對正常運行的電纜線路設備，主要是電纜終端，110kV及以上電纜每年不少于兩次；35kV及以下電纜每年至少一次。

對重負荷線路，運行環(huán)境差時應適當縮短檢測周期。

旋轉電機運行中的檢測主要包括碳刷及出線母線的檢測，可每年一次，或在機組檢修前。

進行定子鐵芯損耗試驗時，應使用紅外熱像儀進行溫度分布測量。

必要時可利用紅外熱像儀進行定子繞組接頭的開焊、斷股缺陷的查找，以及用于線棒通流試驗的檢查。

2）判斷方法

判斷方法有表面溫度判斷法、同類比較判斷法、圖像特征判斷法、相對溫差判斷法等。通過這些方法診斷分析故障原因，采取適當?shù)奶幚恚O備隱患。

3）具體應用

（1）電氣設備運行狀態(tài)檢測與分析。

（2）電氣接頭、線夾、引線氧化腐蝕、接觸不良缺陷。

（3）隔離刀閘刀口與觸片以及轉動帽與球頭結合不良缺陷。

（4）互感器絕緣不良缺陷、缺油以及內中心鐵芯、線圈異常不良過熱缺陷。

（5）電容器過熱、耦合電容器油絕緣不良和缺油（低油位）缺陷。

（6）避雷器內中心受潮缺陷、內中心元件老化或非線性特性異變缺陷。

（7）絕緣瓷瓶表面污穢缺陷，零值絕緣子檢測，劣化瓷瓶檢測。

（8）發(fā)電機運行狀態(tài)檢測、電刷與集電環(huán)接觸狀態(tài)檢測、內中心過熱檢測。

（9）電力變壓器箱體異常過熱，渦流過熱，高、低壓套管上、下兩端連接不良以及充油套管缺油（低油位）缺陷。

（10）各類電動機軸瓦接觸不良以及本體內、外中心異常過熱。

（11）高壓開關觸頭接觸不良缺陷。

（12）大型電動機直阻超標故障的查找。

例如給水泵電機（2500kW 6000V）直阻互差超標檢查。高壓電動機特點是接頭數(shù)量繁多，另一個重要特點是外面包有很厚的絕緣層，很難查出過熱故障點，如不查出局部過熱會導致股線絕緣的膠和劑加速分解老化變脆，導致絕緣分層，形成氣隙，嚴重時喪失線棒整體性，在電磁力的作用下引起振動，形成股線短路斷股并磨損絕緣，最后導致絕緣擊穿。我們運用紅外成像技術在故障相施加160A電流持續(xù)20分鐘，很快成功的查找到了過熱點，拆開繞組絕緣發(fā)現(xiàn)此故障屬于端部斷股缺陷，通過焊接處理后，直阻合格，運行良好。

另外，還能在保溫方面、閥門內漏方面、凝汽器管子找漏方面有良好應用。

結論

紅外成像能夠快速、準確的確定故障點的準確位置，并測出故障點的溫度，為設備正常運行和檢修提供保障和依據(jù)，我們要充分應用這一手段，不斷摸索、積累經(jīng)驗，通過檢測診斷、故障分析，使成像技術在設備管理中得到最大限度的發(fā)揮，為安全生產保駕護航。

[1] 王杰，黃志剛，白鳳春.紅外線成像技術在電力系統(tǒng)的應用[J].電力安全技術，2010-03-10.