紅外熱成像儀在預防性電氣維修中應用

谷亞岐 嚴榮強 伍 芬 張俊華

（萬華化學（寧波）有限公司設備部 浙江寧波）

預防性及預測性維修作為一種新興的維修方式，相對修復性維修，有著更多的優點和更強的發展勢頭。發熱常常是設備損壞或功能故障的早期征兆，這使它成為在預防性維修計劃中監視的一個關鍵性能參數。進行紅外熱像預測性維護的技術人員定期對關鍵設備的溫度進行檢查，從而可以隨時間跟蹤設備的運行狀況，并快速發現異常讀數以便進一步檢查。

電氣專業可通過紅外熱像技術對電氣設備預防性監測，了解設備的運行狀態，針對其出現的隱患，進行有計劃的維修，確保電氣設備運行的穩定性。

一、紅外熱成像

1.紅外熱成像技術及優點

熱成像技術是利用熱感應照相機的紅外線成像技術。熱感應照相機可生成熱而不是光的圖像，它可以測量紅外（IR）能量，并將數據轉換成相應的溫度圖像。采用紅外技術快速測量物體表面溫度，這種儀表不接觸物體就可以快速顯示溫度讀數，可安全測量高溫、危險或難接觸表面，而不會污染或損壞待測對象。

2.紅外熱像儀工作原理

物體因為發熱，會散發人肉眼看不到的輻射線，輻射線通過熱成像儀的鏡頭射到光柵上，光柵后面的探測器就是從光柵上面采集信息，經過數據處理與轉換，就會在顯示屏上面顯示我們拍攝到的物體表面的溫度，見圖1。將拍攝到的圖片經過相應的圖片處理軟件進行處理后，就可以得到設備任意部位的溫度，通過進行溫度的分析，可以了解設備的運行狀態。

圖1 紅外熱像儀工作原理

二、紅外熱成像主要的檢測方法

1.表面溫度判斷法

通過對設備的表面進行采集資料，對采集的資料進行分析后，對照相關規定，凡溫度（溫升）超過標準者可根據設備溫度超標的程度、設備的重要性及設備承受機械應力的大小來確定設備缺陷的性質。此種方法主觀決定性太強，判斷缺乏可靠性，往往引起誤判。

2.溫差判斷法

相對溫差法，顧名思義及時根據相對溫差判定的方法。相對溫差即兩個對應測點之間的溫差與其中較熱點的溫升之比的百分數。

3.同類比較法

同類比較法即是在同型號同廠家的設備之間比較。同類分析法可分為電流致熱型設備及電壓致熱型設備比較。在同一電氣回路中，當三相電流對稱和三相（或兩相）設備相同時，比較三相（或兩相）電流致熱型（如電流互感器）設備對應部位的溫升值，可判斷設備是否正常。一般情況下，當同類溫差超過允許溫升值的30%時，應定為重大缺陷。當三相電壓不對稱時應考慮工作電壓的影響。

圖2 檢測電機發熱部位

4.熱譜圖分析法

熱譜圖分析法是根據同類設備在正常狀態和異常狀態下的熱譜圖的差異來判斷設備是否正常。

5.檔案分析法

圖3 變壓器運行狀態

檔案分析法則是分析同一設備在不同時期的檢測數據（例如溫升、相對溫差和熱譜圖），找出設備致熱參數的變化趨勢和變化速率，以判斷設備是否正常。

三、紅外熱像在電氣設備應用實例

1.電機中的應用

電機的部件較多，發生故障的部位及原因也較多，由于接線端子連接松脫、接線端子氧化腐蝕、發生接線端子過熱，則需要通過重新連接或更換接線端子。內部鐵芯、繞組因絕緣層老化或損壞導致短路，電機外殼溫度局部分布溫度過高，如果外殼整體溫度過高，則一般由散熱不良引起，需要檢查散熱風扇及風道。由于潤滑不良或軸承磨損，軸承溫度過高，需采取檢查潤滑及軸承轉動聲音。通過圖2，維護人員能夠非常清晰的看到電機發熱的部位，可以結合電機的負荷、電流等運行環境來判斷電機是否存在故障。

2.變壓器中的應用

變壓器箱體由于油路管道堵塞、渦流損耗、內部異常、鐵芯絕緣不良等造成發熱。通過拍攝的圖片，維護人員能夠清晰的看到變壓器冷卻循環部位的溫度、變壓器進出線出的溫度、變壓器進出電纜的溫度、主變的溫度等，就可以通過圖3分析出變壓器的運行狀態。

3.電容器中的應用

電容器內部的電介質或載流導體附近電氣絕緣的電介質在交流電壓作用下引起的能量損耗(介質損耗)，即使在正常狀態下，設備內部的介質和導體周圍的絕緣介質在交流電壓作用下，也會有介質損耗發熱。當絕緣介質的絕緣性能出現缺陷時，會引起介質損耗增大，電容值變大，導致介質損耗發熱功率增加，從而引起設備運行溫度增加。

通過圖4紅外成像很清楚的看到了電容器體、上邊面、端子處的溫度，從而判斷出電容器是否有壞點，上表面是否存在漏液，端子是否松動等隱患。通過圖5，同樣可以看到電抗器器體的溫度，進出線處的溫度，來判斷電抗器是否存在溫度過高，端子松動的隱患。

圖4 電容器體的溫度

圖5 電抗器的溫度

4.接線端子中的應用

圖6 接線端子

發熱功率（P）與接觸電阻（R）、通過電流（I）的平方成正比。正常時，這些連接處（部位）的電阻在允許范圍，通過額定工作電流后發熱也在設計允許值以內，所以不會影響設備的安全運行。由于腐蝕氧化、連接不良、外力損傷使接觸電阻異常，電流通過時發熱功率增大，而且通電時間越長、電流越大，會產生異常發熱，使溫升異常增加，就會產生缺陷。從圖6中，很明顯的看到中間一相溫度異常，比其他兩相高出了20%。從而判斷出接線端子存在松動的現象。

圖7 電纜的溫度

5.電纜中的應用

通過圖7維護人員能夠清楚的看到每根電纜的溫度，通過觀察期的溫度變化，是否存在異常溫度點，再結合其運行的環境（環境溫度、電流大小、電纜粗細等），就可以判斷出其的運行狀態是否良好。

四、綜述

對電氣設備而言，紅外熱像儀便是一種理想的無損檢測儀器，熱像儀可以準確地檢測到電氣設備表面部分的任何一點的溫度并且用顏色表示其溫度分布，還可以在計算機上作詳細的數據分析和儲存，從而對設備的狀態建立行之有效的健康檔案。總之，紅外熱像等技術對于電氣專業預防性維修很重要，預防性維修將是未來維修的改革趨勢，也是企業穩定生產力的根本需要。