应用红外热成像仪进行设备检测及故障分析

摘 要:热成像原理和使用方法,利用热成像仪发现的隐患、判断、分析及处理方法等内容。

关键词:红外线 热成像仪 变压器 电动机 配电装置

中图分类号:TM32 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0110-03

1 红外热成像技术原理

用红外热成像技术,探测目标物体的红外辐射,并通过光电转换、信号处理等手段,将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备,我们称为红外热成像仪。人们眼能够感受到的可见光波长为:0.38mm～0.78mm。通常我们将比0.78mm长的电磁波,称为红外线。自然界中,一切物体都会辐射红外线,因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差,可以得到不同的红外图像,称为热图像。同一目标的热图像和可见光图像是不同,它不是人眼所能看到的可见光图像,而是目标表面温度分布图像,或者说,红外热图像是人眼不能直接看到目标的表面温度分布,变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。用红外热成像技术,探测目标物体的红外辐射,并通过光电转换、信号处理等手段,将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备,我们称为红外热成像仪。自然界所有温度在绝对零度(-273℃)以上的物体都会发出红外线,红外线(或称热辐射)是自然界中存在最为广泛的辐射。大气、烟云等吸收可见光和近红外线,但是对3mm～5mm和8mm～14mm的红外线却是透明的。因此,这两个波段被称为红外线的“大气窗口”。我们利用这两个窗口,可以在完全无光的夜晚,或是在烟云密布的恶劣环境中,能够清晰地观察到前方的情况。正是由于这个特点,红外热成像技术可用在安全防范的夜间监视和森林防火监控系统中。红外热成像仪大致分为致冷型和非致冷型两大类。目前,世界最先进的红外热成像仪,其温度灵敏度可达0.03℃。

2 红外热像仪应用范围

红外热像仪(热成像仪或红外热成像仪)的应用范围愈来愈广泛,在科研领域的主要应用包括:汽车研究发展－射出成型、模温控制、刹车盘、引擎活塞、电子电路设计、烤漆;电机、电子业－印制电路板热分布设计、产品可靠性测试、电子零组件温度测试、笔记本电脑散热测试、微小零组件测试;引擎燃烧试验风洞实验;目标物特征分析;复合材料检测;建筑物隔热、受潮检测;热传导研究;动植物生态研究;模具铸造温度测量;金属熔焊研究;地表/海洋热分布研究等。

红外热像仪可以十分快捷准确探测电气设备的不良接触,以及过热的机械部件,以免引起严重短路和火灾。对于所有可以直接看见的设备,红外热像仪能够确定所有连接点的热隐患。那些由于遮蔽而无法直接看到的部分,则可以根据其热量传导到外面的部件上的情况,来发现隐患。这种情况对传统的方法来说,除解体检查和清洁接头外,没有其它的办法。断路器、导体、母线及其它部件的运行测试,红外热像仪是无法取代的。红外热像仪可以进行检查的部分设施:(1)电气装置:可发现接头松动或接触不良,不平衡负荷,过载,过热等隐患。这些隐患可能造成的潜在影响是产生电弧、短路、烧毁、起火。(2)变压器:可以发现的隐患有接头松动,套管过热,接触不良(抽头变换器),过载,三相负载不平衡,冷却管堵塞不畅。其影响为产生电弧、短路、烧毁、起火。(3)电动机、发电机:可以发现的隐患是轴承温度过高,不平衡负载,绕组短路或开路,碳刷、滑环和集流环发热,过载过热,冷却管路堵塞。其影响为有问题的轴承可以引起铁芯或绕组线圈的损坏;有毛病的碳刷可以损坏滑环和集流环,进而损坏绕组线圈。还可能引起驱动目标的损坏。(4)电气设备维修检查,屋顶查漏,节能检测,环保检查,安全防盗,森林防火,无损探伤,质量控制,医疗检查等也很有效益。(5)诊断人体疾病,运用经络学,在人脑的研究工作及在研究疾病治疗方法中的应用;特别是在诊断哮喘病,痹症,腰椎间盘突出症,运动病,恶性肿瘤等病症具有无放射性,一次多脏器全身扫描的非接触测量的优点，是综合确诊人体某种疾病的一种有用手段。(6)建筑物外墙的监测。通过表面温度可以为我们提供有关楼宇结构、管道系统、供暖通风及空调系统以及电气系统的许多信息。在透过红外镜头观察时,平日肉眼看不到的问题会突现眼前。使用红外热像仪,可以检测到空气泄漏、水分积累、管道堵塞、墙壁后面的结构特征以及过热的电气线路等,并对数据进行可视化记录归档。通过用这种工具对表面进行扫描,您可以快速发现通常代表潜在问题的温度变化,并以详细的图形报告的形式对数据进行记录。(7)红外热成像仪在自然环境方面的应用。监控自然环境,如山体滑坡、火山爆发。

3 下面谈一谈热成像仪在承钢公司设备故障检测判断、分析上的应用

3.1 由事故引发的点检方式

(1)2010年6月25日上午11时12分12秒765毫秒,AV80风机变压器压力释放阀释放(见图3-1),计算机报“1#主变压力释放告警发生”(字幕未自动弹出),也无音响信号,值班员未能发现异常。14时16分12秒,变压器温度达到90℃,值班员听到计算机音响报警(字幕未自动弹出),检查事故报文发现“1#主变差动、本体重瓦斯动作(红色)”;“1#主变本体重瓦斯发生”;“1#主变本体差动预告总发生”。立即通知正在检修2#水泵断路器的值班长去变压器室检查,发现变压器压力释放阀动作喷油,随即热力工段组织带压倒风机将电动风机负荷倒入AV90风机运行,未影响高炉运行。(如图3-1)

事故原因:(1)由于变压器投入运行后油温随负荷和环境温度的增加而膨胀,值班员未按时点检,及时发现变压器温度升高趋势最高升至93℃,同时变压器油枕油位表不准(满油后在6的位置)。致使变压器油枕满油无膨胀空间,压力达到启动值(55KP)压力释放阀动作。(2)变压器风扇未能及时投入运行(风扇电源未送)。(3)计算机报文与综自保报文与实际不符,造成误判断。(4)油位表上、下限报警由于设计等原因未接线安装完成。(5)压力释放阀动作时,由于计算机设置问题未出现字幕自动弹出报警和音响报警信号,导致变压器喷油未能及时发现。