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红外检测
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上海迪茵检测技术服务有限公司
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一、故障分类
正常运行的电力设备,由于电流、电压的作用将产生发热.主要包括电流效应引起的发热和电压效应引起的发热。当电力设备存在缺陷或故障时,缺陷或故障部位的温度就会产生异常变化。从而引起设备的局部发热,假设未能及时发现并及时制止这些隐患的发展,最终会促成设备故障或事故的发生,严重的会扩大成电网事故。电力设备发热故障基本上可分为两大类,即外部故障和内部故障,其基本特征如下:
1)外部发热故障:它以局部过热的形态向其周围辐射红外线,各种裸露接头、连接体的热故障,其红外热图显现出以故障点为中心的热场分布。所以,从设备的热图中可直观地判断是否存在热故障,根据温度分布可以准确地确定故障的部位及故障严重程度。
2)内部发热故障:它的发热过程一般较长,且为稳定发热,与故障点接触的固体、液体和气体,形成热传导、对流和辐射,并以这样的方式将内部故障所产生的热量不断地传递至设备外壳,从而改变设备外表面的热场分布情况。

二、红外热像常用检测分析方法
1)表面温度判断方法。根据测得的设备表面温度值,对照有关电力设备检测规范的相关规定,可以确定一部分电流致热型设备的缺陷。
2)相对温差判断法。电力设备在正常运行时都会发出一定热量,而这种热量按设计要求是允许的。若用热像仪对全部运行设备进行扫描检查时,发现存在异常温度点,然后对温度异常的部位进行重点检测,测出异常点的温度。为了判断是否为故障,应将异常点温度与正常运行时的温度进行比较,同时考虑周围环境条件的影响,最后根据设备的相对温差以及是否超出规定值,来确定设备故障与否。
3)同类比较法。包括:三相之间的横向比较和相同各部位的纵向比较。
三相之间温度比较 :
在发电、输电、变电、供电回路中,大部分以三相形式输送电能,用于三相连接的金属材料是相同的,一般讲三相上升的温度是均衡的,则设备正常运行。当三相中的某一相或两相出现温度过高现象,可以判定温度高的相存在缺陷,图13是平果变电站中压套管B相温度异常,用热像仪检测时的热图像。其连接处可能存在松动、生锈,使其接触电阻增加,引起电流过大,导致故障。而电流大又会导致接触电阻增大势必形成恶性循环,出现严重后果。
同一部件的温度比较
同一部件的材料、流过的电流都相同,正常情况下整个部件上升的温度应该是一样的。然而由于某些产品由于材质上存在缺陷,如材料存在杂质、气泡,使材料特性发生变化,当电流通过时,会产生不同的热量,表现出部件局部发热。如绝缘子串的局部发热,避雷器的局部发热,导线电缆的局部发热等。
4)热图谱分析法。根据同类设备在正常状态和异常状态下的热图谱的差异来判断设备是否正常。
5)档案分析法。分析同一设备在不同时期的检测数据(例如温升、相对温差和热谱图),找出设备致热参数的变化趋势和变化速率,以判断设备是否正常。
6)运行负荷比较法。
系统设备运行时的温度和运行负荷有着直接关系,众所周知,电流越大,持续时间越长,设备累积的温度越高。当用红外热像仪进行检测时,发现设备某个部件,或线路的某一相温度出现异常,这时要检查设备运行负荷的大小,来判断设备是否会出现故障。若当时负荷已很大,而发热部件温度又不是很高,则不会发生故障。反之,当检测时,负荷很小,设备部件已发热,那么一当负荷增加,发热部件的温度会急剧增加,从而导致故障的发生。所以测试时,一定要注意设备运行的负荷大小,然后再诊断系统和设备可能出现的故障。

三、实例
1. 邹县发电厂
2000年邹县发电厂利用远红外热成像仪,发现了大量设备缺陷,避免了许多设备事故的发生,减少损失上百万。该仪器在状态检修工作中发挥的作用,是实现状态检修以来最明显和最成功的。发现的设 备缺陷类型主要有:高压设备接头发热、变压器箱体涡流损耗、锅炉汽机方面的问题、阀门保温、高压电机引线发热、端子排端子发热、电路板发热、电缆鼻子发热等。另外热成像仪的应用,解决了高压绝缘子的检零、避雷器在线检测、开关内部触头的间接检测等问题。下面举几个典型的应用实例。
锅炉方面的应用
三期5号炉投产以来, 5B上轴承漏灰、漏热严重。2000年6月,5号炉临修前,使用远红外热成像仪从多个角度检查漏风情况并做详细记录,找到了确切的漏点,临修后上轴承温度由80℃下降到47℃,解决了存在几年的遗留问题。
高压电机引线方面的应用
采用远红外热成像仪对电机接线盒外三相电缆和接线盒温度进行定期检测后,把电机接头过热事故减少到了最低程度。如1号炉甲排电机接线盒外电缆温度达到130℃以上,由于及时发现,及时停电检修,避免了一次重大事故。
高压设备电气接头方面的应用
定期用远红外热成像仪检测所有高压电气设备,可及时发现并消除设备隐患,避免异常事故的发生,为开关实行状态检修提供有力的依据。
端子排、电路板方面的应用
定期用远红外热成像仪检查端子排、电路板,可及时发现隐患,避免因端子排端子过热引起跳闸事故和很多重要电路板的损坏及设备的跳闸。
变压器方面的应用
使用远红外热成像仪发现了变压器上下节油箱的部分连接螺栓发热的缺陷,个别螺栓温度已经达到120℃以上,严重威胁了变压器的安全运行。而因漏磁通产生的涡流损耗,引起的螺栓发热缺陷平时是很难发现的。
低压电气设备方面的应用
发现了大量的低压电气设备接头过热、母排接头过热、刀闸过热、保险口过热、接地线过热等缺陷。如发现400 V一接地螺栓严重过热(130℃),原因是接地扁铁未正确连接在地网上。而这样的缺陷平时很难发现,也容易造成人身伤害。
电缆接头方面的应用
对电缆中间接头进行编号,定期用远红外热成像仪进行监测和分析,把电缆接头隐患消灭在萌芽状态,因而再也没有发生过电缆中间接头过热事故。
保温方面的应用
用远红外热成像技术完全可以检查出大面积保温的薄弱环节 ,大修时可以只拆除保温薄弱的地方,既解决了问题,也节省了大量费用。
阀门内漏方面的应用
只要管道内介质与环境温度存在一定的差值, 通过远红外热成像仪能对阀门进行红外检测和分析,确认内漏的阀门及内漏的程度。但由于阀门、管道有保温、铁皮,给分析内漏的程度和原因带来了一定的困难。如果阀门、管道上没有保温,内漏的阀门就容易判断出来。特别是很多管子的阀门接到总管很难确定哪个阀门泄露时,使用远红外热成像仪能很快查出泄露的阀门并加以更换,避免了工作的盲目性,节省了费用。
2.陇南
从2004年开始,陇南供电公司给下属各变电运行工区配置了FLIR型红外热成像仪,并在早期应用中就发现了江洛变电站1号主变35kV~套管接头B相异常发热的故障,使检测人员对这项检测技术的开展充满了信心。检修人员利用红外热成像仪对所辖变电站设备进行定期(各站一月一次)常态化的全面测试,并进行不定期的有针对眭(如设备重负荷及特殊运行方式时期)的跟踪监测,能够及时发现设备接头的发热缺陷,并形成图片报告上报。通过对图片报告分析,公司相关部门采取及时的、有针对陛的缺陷消除工作。同时,利用对图片报告的仔细分析,将分析结果做为状态检修的重要依据,检修人员根据报告情况,有针对性对电气发热部位进行维护和检修。

四、红外检测技术应用中的优缺点
1、红外热成像技术的优点
① 红外热成像技术是一种被动式的非接触的检测与识别在进行设备状态诊断时具有远距离、不接触、不取样、不触体,又具有准确、快速、直观等特点,实时地在线监测和诊断电气设备大多数故障。从而使红外热成像仪的操作者更安全。
②红外热成像技术不受电磁干扰,能远距离精确跟踪热目标红外热成像技术利用的是热红外线,因而不受电磁干扰,在变电所应用更突出其优点。
③ 红外热成像技术能真正做到24h全天候监控红外辐射是自然界中存在最为广泛的辐射,而大气、烟云等可吸收可见光和近红外线,但是对3—51xm和8—14txm的红外线却是透明的,这两个波段被称为红外线的“大气窗口” 。因此,利用这两个窗口,可以在完全无光的夜晚,或是在雨、雪等烟云密布的恶劣环境,清晰地观察到监控的目标。
④红外热成像技术的探测能力强,作用距离远。红外热成像仪探测器焦距为500px一无穷远,适用于非接触大面积的遥测。并且温度分辨率高达0.1—0.02℃,测温范围一5O~2000 ℃,应用领域宽,测温精度高。
⑤红外热成像技术能直观地显示物体表面的温度场。不受强光影响红外热成像仪可以同时测量物体表面各点温度的高低,直观地显示物体表面的温度场,并以图像形式显示出来。同时红外热成像仪是探测目标物体的红外热辐射能量的大小,不会出现光晕或关闭,因此不受强光影响。
2、红外热成像技术的缺点
①图像对比度低,分辨细节能力较差
由于红外热成像仪靠温差成像,如果目标温差不大,红外热图像对比度会降低,使分辨细节能力变差。
②不能透过透明的障碍物看清目标,如窗户玻璃。
由于红外热成像仪靠温差成像,而像窗户玻璃这种透明的障碍物,使红外热成像仪探测不到其后物体的温差,因而不能透过透明的障碍物看清目标。
③成本高、价格贵
目前红外热成像仪的成本仍是限制它广泛使用的最大因素,但肖特基势垒非致冷红外焦平面阵列的出現,提供了一种以低成本获得高分辨力、高可靠性器件的有效手段。随着科技的发展,关键技术的突破,并提高加工效率,今后的成本会大为降低的。