紅外熱像儀在電力的應(yīng)用

電力設(shè)備的故障有多種多樣，但大多數(shù)都伴有發(fā)熱的現(xiàn)象。從紅外診斷的角度看，通常分為外部故障和內(nèi)部故障。眾所周知，電力系統(tǒng)運行中，載流導(dǎo)體會因為電流效應(yīng)產(chǎn)生電阻損耗，而在電能輸送的整個回路上存在數(shù)量繁多的連接件、接頭或觸頭。在理想情況下，輸電回路中的各種連接件、接頭或觸頭接觸電阻低于相連導(dǎo)體部分的電阻，那么，連接部位的損耗發(fā)熱不會高于相鄰載流導(dǎo)體的發(fā)熱，然而一旦某些連接件、接頭或觸頭因連接不良，造成接觸電阻增大，該部位就會有更多的電阻損耗和更高的溫升，從而造成局部過熱。此類通常屬外部故障。

    外部故障的特點是：局部溫升高，易用紅外熱像儀發(fā)現(xiàn)，如不能及時處理，情況惡化快，易形成事故，造成損失。外部故障占故障比例較大。

    所謂高電壓電器設(shè)備的內(nèi)部故障，主要是指封閉在固體絕緣以及設(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。由于這類故障出現(xiàn)在電氣設(shè)備的內(nèi)部，因此反映的設(shè)備外表的溫升很小，通常只有幾K。檢測這種故障對檢測設(shè)備的靈敏度要求較高。
   
    內(nèi)部故障的特點是：故障比例小，溫升小，危害大，對紅外檢測設(shè)備要求高。
 
    根據(jù)相關(guān)單位提供的長期實測數(shù)據(jù)及大量案例的綜合統(tǒng)計，電力設(shè)備外部熱缺陷一般占設(shè)備缺陷總指數(shù)的90％～93%，內(nèi)部熱缺陷僅占7%～10%左右。

    在電力行業(yè)，很早就將熱像儀運用于設(shè)備的*檢修上，通過其對電氣設(shè)備和線路的熱缺陷進行探測，如變壓器、套管、斷路器、刀閘、互感器、電力電容器、避雷器、電力電纜、母線、導(dǎo)線、組合電器、絕緣子串、低壓電器以及具有電流、電壓致熱效應(yīng)或其他致熱效應(yīng)的設(shè)備的二次回路等，這對于及時發(fā)現(xiàn)、處理、預(yù)防重大事故的發(fā)生可以起到非常關(guān)鍵而有效的作用。
       
    所謂電氣設(shè)備熱缺陷，通常是指通過一定手段檢測得到，由于其內(nèi)在或外在原因所造成的的發(fā)熱現(xiàn)象。

    根據(jù)缺陷所產(chǎn)生的原因不同，我們通常歸納為3 種：一種是長期暴露在空氣中的部件，由于溫度濕度的影響，或表面結(jié)垢而引起的接觸不良，或由于外力作用所引起的部件損傷，因而使得的導(dǎo)電截面積減少而產(chǎn)生的發(fā)熱。如接頭連接不良，螺栓，墊圈未壓緊；長期運行腐蝕氧化；大氣中的活性氣體、灰塵引起的腐蝕；元器件材質(zhì)不良，加工安裝工藝不好造成導(dǎo)體損傷；機械振動等各種原因所造成的導(dǎo)體實際截面降低；負荷電流不穩(wěn)或超標等。

    另一類是由于電器內(nèi)部本身故障，如內(nèi)部連接部件接觸不良導(dǎo)致的電阻過大；絕緣材料老化、開裂、脫落；內(nèi)部元件受潮，元氣件損耗增大；冷卻介質(zhì)管路阻塞等等。

    對于那些可以直接觀察到的設(shè)備及元氣件，紅外熱像儀都能夠發(fā)現(xiàn)所有連接點的熱隱患。對于那些由于被遮擋而無法直接看到的部分，則可以根據(jù)其熱量傳遞到外面部件上的情況加以分析，從而得出結(jié)論。由于現(xiàn)場的實際情況千變?nèi)f化，即便你通過熱像儀得到了一張有熱點的圖片，要想作出一個精確的判斷，可能會受許多因素的影響。如當前的溫度，風量，負荷等情況。我們可以根據(jù)不同的特點，作相關(guān)的分析，作出相應(yīng)的判斷如：

    為保證電力生產(chǎn)*高效運行，對電力設(shè)備狀態(tài)檢修提出了更高的要求。由于狀態(tài)檢修主要依賴于對運行中設(shè)備的狀態(tài)檢測以及在線監(jiān)測手段，所以，電力設(shè)備運行狀態(tài)檢測和在線監(jiān)測在電力*生產(chǎn)中始終起著重要的作用。紅外成像技術(shù)作為一門新技術(shù)，在電力設(shè)備運行狀態(tài)檢測中有著無比的優(yōu)越性。紅外成像是以設(shè)備的熱狀態(tài)分布為依據(jù)對設(shè)備運行狀態(tài)良好與否進行診斷，它具有不停運、不接觸、遠距離、快速、直觀地對設(shè)備的熱狀態(tài)進行成像。由于設(shè)備的熱像圖是設(shè)備運行狀態(tài)下熱狀態(tài)及其溫度分布的真實描寫，而電力設(shè)備在運行狀態(tài)下的熱分布正常與否是判斷設(shè)備狀態(tài)良好與否的一個重要特征，因而。采用紅外成像技術(shù)可以通過對設(shè)備熱像圖的分析來診斷設(shè)備的狀態(tài)及其隱患缺陷。
 
    采用紅外成像技術(shù)可開展以下電力設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷工作。

    ● 高壓電氣設(shè)備運行狀態(tài)檢測與內(nèi)、外中心故障診斷：
   
    ● 各類導(dǎo)電接頭、線夾、接線樁頭氧化腐蝕以及連接不良缺陷；
   
    ● 各類高壓開關(guān)內(nèi)中心觸頭接觸不良缺陷；
   
    ● 隔離刀閘刀口與觸片以及轉(zhuǎn)動帽與球頭結(jié)合 不良缺陷；
   
    ● 各類CT一次內(nèi)中心及外中心連接不良缺陷、本體及油絕緣不良缺陷以及內(nèi)中心鐵芯、線圈異常不良過熱陷；
   
    ● 各類PT絕緣不良缺陷、缺油以及內(nèi)中心鐵芯、線圈異常不良過熱缺陷；
       
    ● 各類電容器過熱、耦合電容器油絕緣不良和缺油（低油位）缺陷；
   
    ● 各類避雷器內(nèi)中心受潮缺陷、內(nèi)中心元件老化或非線性特性異變?nèi)毕荩?
   
    ● 各類絕緣瓷瓶表面污穢缺陷，零值絕緣子檢測，劣化瓷瓶檢測；
   
    ● 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(nèi)中心過熱檢測；
   
    ● 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；
   
    ● 各類電動機軸瓦接觸不良以及本體內(nèi)、外中心異常過熱。

                                                                            進口紅外熱像儀   

 用紅外熱成像技術(shù)，探測目標物體的紅外輻射，并通過光電轉(zhuǎn)換、信號處理等手段，將目標物體的溫度分布圖像轉(zhuǎn)換成視頻圖像的設(shè)備，我們稱為紅外熱成像儀。我們?nèi)搜勰軌蚋惺艿降目梢姽獠ㄩL為：0.38—0.78微米。通常我們將比0.78微米長的電磁波，稱為紅外線。自然界中，一切物體都會輻射紅外線，因此利用探測器測定目標本身和背景之間的紅外線差，可以得到不同的紅外圖像，稱為熱圖像。

 

 紅外熱像儀，現(xiàn)在市場上有FLIRE系列，美國FLUKETI系列，美國HD系列，進口高端的紅外熱像儀，價格在10-50萬之間，另外國產(chǎn)優(yōu)利德 UTI系列，華盛昌DT系列，華中數(shù)控等產(chǎn)品。

 

  介紹一款低端的進口紅外熱線儀 

 

TY10E4ZX21

紅外分辨率

80 x 60像素

MSX分辨率

320 x 240像素

熱靈敏度

0.15℃

空間分辨率

10.3 mrad

圖像模式

紅外圖像、可視圖像、MSX?、縮略圖庫

 

一般參數(shù)

成像性能

視場角（FOV）/ 最近對焦距離

45°x 34°/ 0.5m

波長范圍

7.5 – 13μm

圖像幀率

9 Hz

調(diào)焦

免調(diào)焦

焦平面陣列（FPA）

非制冷微量熱型探測器

圖像顯示

顯示屏

3” 320 x 240彩色液晶屏

圖像調(diào)節(jié)

自動調(diào)節(jié) / 鎖定圖像

測量

對象溫度范圍

-20℃至+250℃

精度

±2℃或讀數(shù)的±2%，環(huán)境溫度10℃-35℃，對象溫度+0℃以上

 

 

測量分析

 

點測溫

中心點測溫

發(fā)射率校正

0.1-1.0可調(diào)

發(fā)射率表

預(yù)定義材料的發(fā)射率表

反射表象溫度校正

自動，基于反射溫度輸入值

設(shè)置

調(diào)色板

鐵紅色、彩虹及黑/白色

設(shè)置控制

本地化單位調(diào)整、語言、日期和時間格式

圖像存儲

圖像存儲容量

內(nèi)存至少可存儲500張圖像

圖像存儲模式

同步存儲紅外圖像、可視圖像和MSX成像圖像

文件格式

標準JPEG – 包含14位測量數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)通信接口

接口

微型USB接口：數(shù)據(jù)可在PC和Mac設(shè)備之間傳輸

電源

電池類型

可充電鋰離子電池

電池電壓

3.7 V

電池工作時間

在+25℃環(huán)境溫度和一般應(yīng)用中約使用4小時

充電系統(tǒng)

電池內(nèi)置于熱像儀中充電，或使用專用充電器

充電時間

內(nèi)置于熱像儀中充電2.5小時可充90%的電量，使用充電器需2小時

電源管理

自動關(guān)機

交流工作

交流適配器，90-260 VAC輸入，輸出至熱像儀為5 VDC

環(huán)境參數(shù)

工作溫度范圍

-15℃- +50℃

存放溫度范圍

-40℃- +70℃

濕度

IEC 60068-2-30/24h，95%相對濕度

EMC

WEEE 2012/19/EC
RoHs 2011/65/EC
C-Tick
EN 61000-6-3
EN 61000-6-2
FCC 47 CFR第15部分B類

抗沖擊性

25g，IEC 60068-2-29

抗墜落

2m

抗振性

2g，IEC 60068-2-6

物理特性

熱像儀尺寸

244 x 95 x 140 mm

熱像儀重量

575 g（含電池）

運輸尺寸

303 x 206 x 128 mm

運輸重量

2.7kg（FLIR E8: 2.95 kg）

 

 

紅外熱成像技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用由來已久。除了用以汽車生產(chǎn)廠內(nèi)對電氣設(shè)備進行例行的紅外熱像儀檢查之外，其在汽車研發(fā)中業(yè)應(yīng)用頗廣。紅外熱像儀技術(shù)可以更有效，更快速，更準確地診斷出汽車設(shè)計，結(jié)構(gòu)等的相關(guān)缺陷。下面就典型的幾種診斷應(yīng)用進行說明：

1.發(fā)動機故障診斷：

一般來說，發(fā)動機都要經(jīng)過振動和噪聲測試來進行整體結(jié)構(gòu)的評估。但對于發(fā)動機的某些細微缺陷來講(例如：微小的裂紋，細微的結(jié)構(gòu)設(shè)計差別等)，則是很難通過前兩種方式來進行準確診斷的。而紅外熱成像技術(shù)則可以將細微的結(jié)構(gòu)缺陷反映為細微的溫度差別，從而能夠達到其它方式所不能達到的診斷效果。左圖為拍攝的轎車內(nèi)部發(fā)動機的熱圖，我們可以對發(fā)動機內(nèi)部的溫度分布一目了然。各個部件位置的溫度可以準確反映出實際工作中的發(fā)動機性能的體現(xiàn)。

2.制動系統(tǒng)故障診斷：

車輛的制動設(shè)計取決于很多因素，根據(jù)重量分布、車輛尺寸、車輛高度等情況，前制動系統(tǒng)要擔負較大比例的制動作用。使用紅外熱像儀對車輛前后輪的溫度進行比較，這種方法簡易可行。一般來說，前輪的溫度應(yīng)該高于后輪的溫度。如果兩個前輪(或后輪)的溫度也有差別，則可以判斷為制動系統(tǒng)中存在油路不通暢，可能是有空氣的緣故。圖1為實際拍攝的前輪溫度分布圖。

3.車身氣密性檢測：

汽車的空調(diào)系統(tǒng)的好壞對汽車的使用至關(guān)重要，而車身的整體氣密性將直接影響到空調(diào)系統(tǒng)的工作效率。在進行汽車測試時，打開車內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)(運行一段時間)，在使用OI61-844紅外熱像儀將整個車的熱圖拍攝下來。如果汽車車門，玻璃銜接處等發(fā)生氣密性泄漏，則準確的分析和評估(見圖2)。

4.車窗加熱絲的檢測：

加熱絲位于汽車后玻璃，其工作正常與否將直接影響到汽車在多霧情況下的安全駕駛。使用紅外熱像儀可以對整個加熱絲的分布做出全面的迅速診斷。圖3可以看到下方的加熱絲有明顯的斷裂。

5.汽車排氣管的檢修：

排氣管的溫度過高可以直接反映出燃燒不充分，從而對發(fā)動機系統(tǒng)的工作狀況有個間接的評估。如果管路的溫度分布不均勻，則可以反映出管道本身具有結(jié)構(gòu)上的缺陷。其它，汽車底盤的軸承系統(tǒng)、電氣設(shè)備、車身的舒適性等，都可以采用熱像儀來進行相應(yīng)的檢測和診斷(圖4)。

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