紅外熱像儀在電力診斷技術(shù)的應(yīng)用
電力紅外診斷技術(shù)概況
根據(jù)研究結(jié)果可知，電力設(shè)備采用預(yù)知維修具有如下優(yōu)越性：
（1）對(duì)絕大多數(shù)（約占90％）的電力設(shè)備都適用。
（2）對(duì)電力設(shè)備這樣復(fù)雜的系統(tǒng)維修效果大。
（3）比機(jī)械設(shè)備更經(jīng)濟(jì)、正確地診斷；
（4）對(duì)突發(fā)故障造成損害越大的設(shè)備，預(yù)知維修的效果越好。
2．紅外診斷技術(shù)是預(yù)知維修的有效手段
實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修的前題是采用科學(xué)的手段監(jiān)測(cè)，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)和正確地診斷。紅外診斷技術(shù)在電力設(shè)備異常診斷中的成功應(yīng)用，恰恰為維修方式的轉(zhuǎn)變提供了極良好的手段。1990年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議（cigre）論文論述了設(shè)備維修、預(yù)知維修、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、診斷試驗(yàn)和紅外熱成像技術(shù)，它明確指出維修對(duì)電力設(shè)備的安全有效運(yùn)行，有著重要的作用，而狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷試驗(yàn)是維修工作的輔助措施；近年來(lái)電力設(shè)備的維修正向預(yù)知性維修變化，依據(jù)每個(gè)設(shè)備的工作狀況進(jìn)行定期的監(jiān)測(cè)，根據(jù)其劣化和損害程度來(lái)計(jì)劃維修；實(shí)現(xiàn)了這種預(yù)知維修，設(shè)備才會(huì)獲得更高的可靠性，并能減少維修的人力物力；論文還明確指出“由于紅外熱像檢測(cè)取得了良好的效果，有效地發(fā)現(xiàn)了設(shè)備的弱點(diǎn)，因此，現(xiàn)在熱成像檢測(cè)已成為維修工作的一大特點(diǎn)”。
·紅外技術(shù)特別適用于電力設(shè)備故障診斷
工業(yè)中的電力設(shè)備故障，其25%是由于連接松動(dòng)引起的。因?yàn)榇罅康碾姎饨宇^和連接件由于磨損、腐蝕、勝污、氧化、材料不合格、工藝設(shè)計(jì)等方面的問(wèn)題都可造成過(guò)熱。任何電力設(shè)備很少事先沒(méi)有征兆就發(fā)生故障的，任何電力設(shè)備，不管維護(hù)得多么好，都會(huì)在每次檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)些新問(wèn)題。一旦設(shè)備有一處開(kāi)始發(fā)熱，若不予以維修，那它發(fā)生故障僅僅是個(gè)時(shí)間早晚的問(wèn)題。
設(shè)備運(yùn)行中，紅外檢測(cè)往往可找到一些看似無(wú)關(guān)大局的小問(wèn)題，允許在正常停機(jī)檢修過(guò)程中分別給予解決，當(dāng)我們逐個(gè)解決了這些小問(wèn)題后，也就避免了大多數(shù)嚴(yán)重問(wèn)題的發(fā)生，改善了電力設(shè)備的運(yùn)行狀況。所有的電力設(shè)備都必須花錢(qián)修理并更換那些由于過(guò)熱故障損壞的設(shè)備。如將同樣的花費(fèi)或通常是少得多的花費(fèi)，用在更合理的紅外檢測(cè)方面，就可以預(yù)防這樣的過(guò)熱故障，且同時(shí)增加了系統(tǒng)的安全性、可靠性和用戶(hù)的滿(mǎn)意。
紅外診斷技術(shù)對(duì)運(yùn)行中的舊設(shè)備，對(duì)剛投運(yùn)的新設(shè)備以及完成修理的設(shè)備都一樣行之有效。對(duì)運(yùn)行中的舊設(shè)備，它可以找出其失效部件，*大限度地減少它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成的損害，設(shè)備的壽命得以延長(zhǎng)，災(zāi)難性故障可以避免，同時(shí)可以確定修理的具體部位，避免了整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)閉；對(duì)剛投運(yùn)的新設(shè)備，雖然并不一定能找出任何嚴(yán)重的問(wèn)題，但可為運(yùn)行人員提供有價(jià)值的原始數(shù)據(jù)資料；對(duì)那些已完成修理的設(shè)備，它的檢測(cè)可以確信它們工作的正常，從而進(jìn)一步增加設(shè)備的工作效率。
總之，通過(guò)紅外檢測(cè)診斷，可預(yù)防設(shè)備的電氣和機(jī)械事故及災(zāi)難性火災(zāi)，改變維修管理體制，使其從預(yù)防性的，甚至是緊急狀態(tài)下的搶修變成為預(yù)知性維修。紅外診斷技術(shù)可稱(chēng)為設(shè)備管理工作的眼睛，它使電氣維修走出了盲目的時(shí)代。
紅外檢測(cè)的效益概括如下：
（1）在設(shè)備發(fā)生故障和失去控制前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而可降低貴重設(shè)備的損壞程度，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。
（2）減少了因故障導(dǎo)致的非計(jì)劃停機(jī)。
（3）監(jiān)測(cè)那些不要立即停機(jī)采取措施的問(wèn)題，并預(yù)先作好維修計(jì)劃。
（4）有效管理能耗，節(jié)約能源。
（5）節(jié)約維修時(shí)間，大大降低維修費(fèi)用。
（6）增加系統(tǒng)的安全性和可靠性，用戶(hù)滿(mǎn)意。
（7）可快速、有效地收回投資。
·電力紅外診斷技術(shù)應(yīng)用概況
社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高。電力生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，電網(wǎng)運(yùn)行電壓不斷增高；隨著電網(wǎng)增大，機(jī)組容量增大，輸電距離更長(zhǎng)了；而且設(shè)備的密封性和組合性也在不斷加強(qiáng)。目前，設(shè)備事故在全部事故中占的比率*高，有的高達(dá)92%。而電力工業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備，如鍋爐、發(fā)電機(jī)、輸變電各部分，都分別在高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)、高電壓、大電流的狀態(tài)下運(yùn)行，都與熱有著極其密切的關(guān)系。在眾多的停電事故中，因設(shè)備局部過(guò)熱引起的停電檢修時(shí)有發(fā)生，某電廠(chǎng)在1987年由于某臺(tái)隔離刀閘的一個(gè)引線(xiàn)接頭過(guò)熱燒斷，斷線(xiàn)在不平衡力的作用下，向其兩側(cè)抽動(dòng)，連續(xù)造成相間短路，致使大面積停電。這樣一個(gè)小小的過(guò)熱接頭造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失，足見(jiàn)過(guò)熱的危險(xiǎn)性。因此，對(duì)電力設(shè)備溫度的監(jiān)測(cè)管理是國(guó)內(nèi)外一直進(jìn)行的工作，而監(jiān)測(cè)溫度的老辦法不外乎是“接觸式”的，不論應(yīng)用水銀溫度計(jì)、熱電偶或臘片，都要與被測(cè)設(shè)備良好接觸方可進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)然帶電的、高速轉(zhuǎn)動(dòng)的和處在高空部位的設(shè)備，除有預(yù)埋測(cè)溫元件外，都必須進(jìn)行停電、停機(jī)或登高爬上設(shè)備方可進(jìn)行測(cè)量，這為經(jīng)濟(jì)、安全發(fā)供電帶來(lái)極大的困難。，電力系統(tǒng)的設(shè)備接頭數(shù)量驚人，為保證其質(zhì)量，過(guò)去通常采用兩種方法檢測(cè)，即“測(cè)在阻法”和“貼溫度標(biāo)簽法”。測(cè)直阻法是使用電橋或數(shù)字微歐表測(cè)量接頭電阻，工作量大，耗時(shí)費(fèi)力，尚須停電才能進(jìn)行。如英國(guó)某部門(mén)采用數(shù)字微歐表測(cè)線(xiàn)路直阻時(shí)，僅測(cè)試本身的工作量需要的費(fèi)用就很大，在不許因停電造成的損耗時(shí)，不同線(xiàn)路的每個(gè)接點(diǎn)測(cè)量費(fèi)用為2．5～5英磅。貼溫度標(biāo)簽的辦法各國(guó)均有采用，如日本溫度標(biāo)簽可分為10種，溫度范圍為50～125℃，壽命為2～3年。我國(guó)不少供電部門(mén)也采用臘片貼附測(cè)溫，這些測(cè)溫片顯然比較簡(jiǎn)單，但都需要停電后安放，費(fèi)時(shí)間不經(jīng)濟(jì)，且測(cè)溫范圍狹窄，結(jié)果不準(zhǔn)確，操作不方便、不安全，隨著電壓等級(jí)的提高，設(shè)備絕緣距離加大，在更高電壓、更遠(yuǎn)距離的設(shè)備上，根本無(wú)法使用溫度標(biāo)簽的方法測(cè)溫。
基于以上所述，電力設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)必須改變測(cè)溫的接觸方式，尋找新途徑，開(kāi)展遙感遙測(cè)技術(shù)，在不接觸運(yùn)行設(shè)備的前提下，進(jìn)行不停電、不停機(jī)的測(cè)溫。而發(fā)展到目前的非接觸紅外測(cè)溫技術(shù)，恰好滿(mǎn)足了電力系統(tǒng)的要求，紅外測(cè)溫正在世界很多國(guó)家的電力生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。
60年代以來(lái)，世界上不少先進(jìn)工業(yè)國(guó)電力工業(yè)先后采用熱成像儀來(lái)檢測(cè)設(shè)備，我國(guó)電力熱成像檢測(cè)始于助年代初，紅外檢測(cè)在發(fā)、輸、變電的各個(gè)方面應(yīng)用都很有成效，越來(lái)越引起更多同行的關(guān)注，除試驗(yàn)研究部門(mén)外，生產(chǎn)運(yùn)行部門(mén)也積極投入到紅外檢測(cè)的行列當(dāng)中。
在發(fā)電方面，熱成像儀用于檢測(cè)鍋爐和汽機(jī)的絕熱狀況，檢測(cè)發(fā)電機(jī)走子鐵芯的絕緣、定子線(xiàn)棒的焊接質(zhì)量及滑環(huán)、碳刷等。除使用熱像儀外，有的國(guó)家還備有檢測(cè)大型走子鐵芯的專(zhuān)用裝置。過(guò)去定于鐵芯絕緣采用手摸的辦法檢查短路過(guò)熱點(diǎn)，用熱成像監(jiān)測(cè)與手摸相比，其準(zhǔn)確迅速的程度是不能相提并論的，對(duì)于在高速旋轉(zhuǎn)中且通過(guò)上千安培電流的滑環(huán)與碳刷，紅外測(cè)溫更是提供了方便安全的監(jiān)測(cè)。我國(guó)正在開(kāi)展發(fā)電設(shè)備紅外檢測(cè)診斷的試驗(yàn)研究，同時(shí)進(jìn)行大量現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，均取得十分顯著的成效。
在變電方面，應(yīng)用紅外檢測(cè)*廣泛，不少?lài)?guó)家已形成常規(guī)的檢測(cè)制度，設(shè)置熱成像儀專(zhuān)用監(jiān)測(cè)車(chē)進(jìn)行變電站巡檢。檢出的過(guò)熱通知檢修部門(mén)，如有必要可在檢修后再測(cè)電阻等其他參數(shù)來(lái)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)顯示特殊熱像的設(shè)備，要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。對(duì)檢測(cè)周期，有的規(guī)定每?jī)赡陮?duì)主要變電站檢一次，有的每年對(duì)所有變電站全部檢測(cè)，有的對(duì)主要目標(biāo)采用紅外連續(xù)監(jiān)測(cè)。由于熱像檢測(cè)效果明顯，超溫的部件數(shù)量逐年下降，有的從1975年的山下降為1978年的0．5%，有的故障率從1971年的2．35%下降到1977年的0．24%。對(duì)于紅外檢測(cè)電力設(shè)備的作用，*早在1968年就被有的國(guó)家*確認(rèn)，有的已確定電力熱像檢測(cè)為標(biāo)準(zhǔn)方法。我國(guó)電力試驗(yàn)研究單位和生產(chǎn)運(yùn)行部門(mén)也都進(jìn)行了大量的紅外檢測(cè)，診斷出不少故障，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益明顯，與此同時(shí)，他們正在探索一套對(duì)電力生產(chǎn)行之有效的紅外診斷技術(shù)。已編制出電力紅外診斷技術(shù)導(dǎo)則。
在輸電方面，由于電力生產(chǎn)的發(fā)展，越來(lái)越長(zhǎng)的線(xiàn)路往往跨越高山大川，地形復(fù)雜，采用通常的地面巡線(xiàn)已達(dá)不到要求，在有條件的國(guó)家已采用直升機(jī)載熱像儀巡線(xiàn)。有的已列為常規(guī)巡線(xiàn)方式，有的配置雙引擎專(zhuān)機(jī)巡線(xiàn)。飛機(jī)載熱像儀巡線(xiàn)的試驗(yàn)研究工作*早的開(kāi)始約在70年代初期，在不斷改進(jìn)后，每個(gè)被檢出的故障耗資逐年遞減，到1987年時(shí)耗資已為初始的一半還略低。對(duì)接頭檢出結(jié)果分為四種情況，有微溫、溫、熱和異常熱，報(bào)告維修工程師，根據(jù)天氣、負(fù)荷來(lái)確定檢修的先后順序。我國(guó)的湖北、河南、東北、華北、廣東及西北各地電力系統(tǒng)，都進(jìn)行了紅外航測(cè)線(xiàn)路的試驗(yàn)研究，探索出不少經(jīng)驗(yàn)，已取得一定成果。根據(jù)國(guó)情而進(jìn)行的地面檢測(cè)研究，也正在有效地推進(jìn)中。
·國(guó)外電力紅外診斷技術(shù)應(yīng)用實(shí)況
1．美國(guó)
在工業(yè)上長(zhǎng)期得到運(yùn)用的紅外熱成像技術(shù)現(xiàn)已在制造業(yè)以外有了越來(lái)越多的用武之地，美國(guó)紅外診斷服務(wù)公司遍布國(guó)內(nèi)，對(duì)各行業(yè)的設(shè)備進(jìn)行故障診斷，節(jié)能檢測(cè)、無(wú)損探傷，核電站安全檢測(cè)及建筑物的保溫、檢漏等工作，其應(yīng)用起步是始自電力設(shè)備診斷，下面用一實(shí)例說(shuō)明應(yīng)用現(xiàn)狀。
馬里蘭州的巴爾的摩煤氣電力公司使用一套車(chē)載的紅外檢測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)視馬里蘭公用事業(yè)公司大約64103km供電線(xiàn)線(xiàn)路和175個(gè)變電站，它的用戶(hù)超過(guò)一百多萬(wàn)家。
紅外熱像檢測(cè)系統(tǒng)裝在一輛卡車(chē)上，車(chē)蓬上裝掃描系統(tǒng)，監(jiān)視器裝于車(chē)內(nèi)，通過(guò)儀表盤(pán)遙控。檢測(cè)時(shí)，使用兩組不同的透鏡取遠(yuǎn)近兩處的目標(biāo)圖像，操作者發(fā)現(xiàn)異常情況需立即修理或有必要進(jìn)一步檢查時(shí)，則立即捕捉該圖像，直接在卡車(chē)上打??；為確定疑點(diǎn)的位置，將熱圖像和一張一次成像照片由專(zhuān)人送往該公司的主管人員，當(dāng)有緊急情況時(shí)，通過(guò)電話(huà)或無(wú)線(xiàn)電聯(lián)系?？ㄜ?chē)備有電源以驅(qū)動(dòng)操作系統(tǒng)、監(jiān)視器、打印機(jī)、這根蓬和汽車(chē)企，使大部分操作都在卡車(chē)上進(jìn)行，對(duì)于只能步行才能到達(dá)的目標(biāo)，才到卡車(chē)外面操作。
他們利用該裝置除了車(chē)載巡檢輸電線(xiàn)路和每?jī)赡隀z查一次變電設(shè)備外，還要裝到直升機(jī)上尋找輸煤管道上的過(guò)熱部位，以便及時(shí)采取措施，節(jié)省大量煤炭。
該公司采用紅外檢測(cè)技術(shù)，允許廠(chǎng)家進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)，由于能及早發(fā)現(xiàn)隱患，及時(shí)采取相應(yīng)措施，每年大約為用戶(hù)節(jié)省15萬(wàn)h停機(jī)時(shí)間。熱像巡檢每年要送交400～500份報(bào)告，包括要求修理和深入調(diào)查兩種情況。
2．意大利
意大利米蘭區(qū)自引入紅外熱像檢測(cè)后，每?jī)赡陮?duì)主要變電站檢測(cè)一次所有的元部件，使過(guò)熱部件的數(shù)量是顯著下降趨勢(shì)，如從1970～1975年共檢237000個(gè)，其中有2500個(gè)比正常溫度高30℃或30℃以上，約占出的設(shè)備在故障狀態(tài)下，而到1975～1978年間，該故障率已下降為0．5% 。
3．比利時(shí)
比利時(shí)首都設(shè)紅外檢測(cè)總部，下設(shè)6個(gè)地方部門(mén)，檢測(cè)內(nèi)容包括各個(gè)方面，但80%的工作量在電力設(shè)備方面，其*主要的目標(biāo)之一就是減少運(yùn)行費(fèi)用，他們認(rèn)為**熱像檢測(cè)可代替兩周的維修量。
該國(guó)三個(gè)電力公司定期由紅外檢測(cè)服務(wù)部門(mén)對(duì)變電站檢測(cè)，效果明顯，其設(shè)備故障率從1971年的2．35%下降到1977年的0．24%，如圖12－1所示。
圖12－1 設(shè)備故障率下降曲線(xiàn)
4．瑞典
瑞典電力部用熱像檢測(cè)變電站*早始自1965年，每年對(duì)所有變電站檢測(cè)一次，為避免停電，對(duì)主要目標(biāo)采用紅外連續(xù)監(jiān)測(cè)的方式。
5．英國(guó)
英國(guó)電力公司（cegb）用車(chē)載和機(jī)載熱像設(shè)備進(jìn)行電力設(shè)備的檢測(cè)，取得顯著成效，有關(guān)技術(shù)人員說(shuō)：“我們的目標(biāo)是以*可能低的費(fèi)用生產(chǎn)電力，而熱像幫助我們達(dá)到這個(gè)目標(biāo)”，“掃尋潛在問(wèn)題并在實(shí)際故障發(fā)生前進(jìn)行維修，對(duì)電力公司是*寶貴的”。
6．其他
世界其他各國(guó)情況簡(jiǎn)介如下：法國(guó)于1976年開(kāi)始采用熱像診斷，認(rèn)為它是一個(gè)有效的故障診斷，它成立一個(gè)專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)以保證工業(yè)生產(chǎn)的安全與經(jīng)濟(jì)，其主要的檢測(cè)手段是紅外測(cè)溫；巴西在1979年已有25臺(tái)熱像儀用于變電設(shè)備的檢測(cè)。各國(guó)對(duì)紅外檢測(cè)的論述很多，如“電力紅外檢測(cè)可以從發(fā)電廠(chǎng)到用戶(hù)這一整個(gè)的系統(tǒng)進(jìn)行”。“今天的熱像圖可以顯示明天的電氣問(wèn)題”。
“今天熱像顯示定位一個(gè)‘小故障’，明天就能變成一個(gè)‘大災(zāi)難’?！霸诓恢匾摹⑿〉娜毕莨收限D(zhuǎn)變成大規(guī)模維修問(wèn)題以前很長(zhǎng)時(shí)間，熱圖就可迅速地、顯而易見(jiàn)地、準(zhǔn)確地指出問(wèn)題所在”。
“熱像檢測(cè)提供了一個(gè)預(yù)防潛在電氣故障有效而安全的方法”。
“熱像檢測(cè)給使用者一種靈活性，熱像可幫助他安排電力設(shè)備現(xiàn)在與將來(lái)維修計(jì)劃的日程”。