紅外熱成像技術(shù)在電氣設(shè)備中的應(yīng)用

楊 勇，楊 通，隋萌萌

（青島特殊鋼鐵有限公司裝備部，山東青島 266400）

0 引言

隨著冶金行業(yè)生產(chǎn)制造設(shè)備自動(dòng)化、大型化、連續(xù)化水平的不斷提高，為保證其運(yùn)行的安全性和可靠性，對(duì)電氣設(shè)備的現(xiàn)代化管理越發(fā)重要。隨著電氣設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，其元部件會(huì)逐漸出現(xiàn)松動(dòng)和老化現(xiàn)象，引發(fā)電氣事故。許多事故發(fā)生前都會(huì)出現(xiàn)電氣元部件溫度上升的趨勢(shì)，因此，做到電氣設(shè)備過(guò)熱部位的提前檢測(cè)，并正確分析判斷顯得尤為重要。紅外熱成像技術(shù)可以準(zhǔn)確呈現(xiàn)電氣設(shè)備的表面溫度圖像，精確定位因連接點(diǎn)（導(dǎo)線接頭、線夾、接線柱頭）的氧化腐蝕和連接不良等造成的異常發(fā)熱部位。

1 原理及優(yōu)勢(shì)

紅外熱成像是運(yùn)用光電技術(shù)檢測(cè)物體熱輻射的紅外線特定波段信號(hào)，將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供人類視覺(jué)分辨的圖像和圖形，并以不同顏色顯示物體表面溫度分布的一種先進(jìn)科學(xué)技術(shù)。

紅外熱成像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：非接觸式測(cè)溫，對(duì)被測(cè)設(shè)備無(wú)影響，保證點(diǎn)檢維護(hù)人員的安全；精度高，分辨率達(dá)0.1 ℃；根據(jù)電氣元部件不同材料，設(shè)置相應(yīng)的發(fā)射率能有效提高測(cè)溫的準(zhǔn)確性；檢測(cè)速度快，能較大范圍快速顯示檢測(cè)對(duì)象的溫度分布情況，準(zhǔn)確直觀以圖像形式顯示高溫部位；可將圖像信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，利用軟件對(duì)圖像進(jìn)行后臺(tái)處理，并建立設(shè)備電子檔案，通過(guò)與歷史數(shù)據(jù)對(duì)比，分析診斷設(shè)備的劣化趨勢(shì)和程度，進(jìn)而做出相應(yīng)處理措施。該項(xiàng)技術(shù)預(yù)測(cè)電氣設(shè)備的溫升從點(diǎn)分析發(fā)展到面分析，從單一的數(shù)據(jù)判斷發(fā)展到數(shù)據(jù)庫(kù)管理，在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)管理中發(fā)揮著重要作用。

2 技術(shù)展望

紅外熱成像在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可確保設(shè)備的溫度狀態(tài)每時(shí)每刻都能有效地監(jiān)測(cè)和分析，準(zhǔn)確地連續(xù)測(cè)量設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。可對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行更精細(xì)的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，精準(zhǔn)掌控設(shè)備檢修維護(hù)的時(shí)機(jī)，避免企業(yè)出現(xiàn)不可控制的突發(fā)故障。

推進(jìn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)建設(shè)，借助計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)、云計(jì)算的強(qiáng)大功能，幫助對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析，快速得出設(shè)備劣化發(fā)展的趨勢(shì)和程度，進(jìn)而做出相應(yīng)處理措施，以適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)備科學(xué)化、智能化、信息化的管理需求。

3 紅外診斷方法及診斷依據(jù)

（1）絕對(duì)值判斷法。根據(jù)紅外熱成像檢測(cè)的電氣設(shè)備表面溫度與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 11022）中相應(yīng)溫度要求進(jìn)行比較，以判斷設(shè)備是否正常。

（2）同類設(shè)備類比判斷法。設(shè)備型號(hào)、運(yùn)行工況、運(yùn)行負(fù)載、環(huán)境溫度相同或相近的同類電氣設(shè)備，其紅外熱成像溫度分布應(yīng)高度相似。該方法是將同類設(shè)備的熱像圖進(jìn)行全面類比分析，查找溫度異常點(diǎn)（故障點(diǎn)），該方法在實(shí)際工作中應(yīng)用最為廣泛。

（3）圖像特征判斷法。通過(guò)對(duì)設(shè)備正常狀態(tài)和異常狀態(tài)運(yùn)行時(shí)的熱像圖特征進(jìn)行類比分析，判斷并發(fā)現(xiàn)其溫度異常發(fā)熱點(diǎn)。該方法主要用于電壓致熱型設(shè)備，如電纜、絕緣子等。

（4）相對(duì)溫差判斷法。該方法通過(guò)計(jì)算同一設(shè)備兩個(gè)對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)溫差δt，進(jìn)行比較分析，以發(fā)現(xiàn)紅外熱像故障隱患點(diǎn)。該方法主要適用于電流致熱型設(shè)備，如電容器、電抗器等。δt=（τ1-τ2）/τ1×100%=（T1-T2）/（T1-T0）×100%，其中，τ1是發(fā)熱點(diǎn)的溫升，τ1是發(fā)熱點(diǎn)的溫度，τ2是正常點(diǎn)的溫升，τ2是正常點(diǎn)的溫度，T0是環(huán)境溫度參照體的溫度。

（5）診斷依據(jù)。根據(jù)DLT 664—2008《帶電設(shè)備紅外線診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則》的相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)診斷相應(yīng)設(shè)備缺陷性質(zhì)。缺陷性質(zhì)根據(jù)過(guò)熱點(diǎn)嚴(yán)重程度分為一般缺陷、嚴(yán)重缺陷、危急缺陷，例如，金屬部件與金屬部件連接接頭因接觸不良導(dǎo)致過(guò)熱，熱點(diǎn)溫度＞90 ℃或δ≥80%，界定為嚴(yán)重缺陷。采用科學(xué)合理的紅外診斷方法，結(jié)合上述導(dǎo)則在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和設(shè)備故障的成功診斷中取得了顯著實(shí)效。

4 案例

4.1 案例1

2019 年7 月8 日，對(duì)某廠變壓器檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)其低壓側(cè)B 相套管處有過(guò)熱現(xiàn)象，并對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行記錄。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)最高溫度達(dá)到71 ℃，采用同類設(shè)備類比判斷法分析，過(guò)熱點(diǎn)與正常狀態(tài)點(diǎn)最大溫差為27.9 ℃（圖1）。

根據(jù)DLT 664—2008《帶電設(shè)備紅外線診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則》的相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，將該設(shè)備評(píng)估為嚴(yán)重缺陷，應(yīng)盡快安排處理。停電檢修發(fā)現(xiàn)該變壓器低壓側(cè)B 相柱頭的一個(gè)固定螺栓脫落，剩余固定螺栓也存在不同程度松動(dòng)（圖2），導(dǎo)致過(guò)流截面不足，引起接觸電阻過(guò)大，造成異常發(fā)熱。

圖1 變壓器低壓側(cè)B 相套管

圖2 變壓器低壓側(cè)B 相套管固定螺栓

4.2 案例2

2019 年12 月4 日，對(duì)某廠循環(huán)水變電所進(jìn)行紅外熱成像檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)ZL2 配電柜內(nèi)制冷冷卻塔2#風(fēng)機(jī)接觸器上端進(jìn)線有過(guò)熱現(xiàn)象（圖3）。經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)其最高溫度達(dá)156.8 ℃（A 相溫度156.8 ℃、B 相溫度95.6 ℃、C 相溫度35.6 ℃），與其他兩相對(duì)比，最大溫差121.2 ℃。利用表面溫度判斷法分析該設(shè)備存在過(guò)熱缺陷。

圖3 斷路器上端進(jìn)線電纜

根據(jù)DLT 664—2008《帶電設(shè)備紅外線診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則》的相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，將該設(shè)備評(píng)估為危急缺陷，應(yīng)立即安排處理。停電檢修發(fā)現(xiàn)電纜外皮已經(jīng)碳化，原因是接線端子壓接不緊密，造成接頭處接觸電阻過(guò)大，引起異常發(fā)熱。

5 結(jié)論

上述案例說(shuō)明，紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備的過(guò)熱隱患部位。根據(jù)故障程度采取相應(yīng)措施，能有效避免或減少供電系統(tǒng)的設(shè)備事故，提高供電的安全性和可靠性，保障設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。