電氣設(shè)備防爆性能檢測中的紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用分析

【關(guān)鍵詞】電氣設(shè)備；防爆；紅外熱成像；故障診斷；預(yù)測性維護

引言

電氣設(shè)備廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，其能否安全可靠運行直接關(guān)系到生產(chǎn)效率和個人安全。然而，由于工作環(huán)境惡劣、負(fù)荷波動大等因素影響，電氣設(shè)備在運行過程中容易出現(xiàn)過熱、漏電、絕緣老化等故障，嚴(yán)重時還可能引發(fā)爆炸、火災(zāi)等安全事故。因此，對電氣設(shè)備進行有效的防爆性能檢測十分必要。傳統(tǒng)的防爆檢測方法，如目視檢查、絕緣電阻測試等，存在檢測效率低、不易發(fā)現(xiàn)早期故障等局限性。紅外熱成像技術(shù)作為一種新興的無損檢測方法，能夠?qū)ξ矬w表面的紅外輻射進行成像和溫度測量，快速、直觀地反映設(shè)備運行狀態(tài)，從而為故障診斷和預(yù)防性維護提供可靠依據(jù)。近年來，紅外熱成像儀憑借其獨特優(yōu)勢在電氣設(shè)備防爆檢測領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。本文將系統(tǒng)分析紅外熱成像技術(shù)在電氣設(shè)備防爆性能檢測中的應(yīng)用，總結(jié)實際案例，并展望其未來發(fā)展，以期為相關(guān)工程應(yīng)用提供參考。

一、紅外熱成像技術(shù)原理

（一）紅外輻射基礎(chǔ)

紅外輻射是指物體因其溫度高于絕對零度而發(fā)出的一種電磁輻射。根據(jù)普朗克定律，任何溫度高于絕對零度的物體都會向外發(fā)出紅外輻射，輻射強度與物體溫度成正比。不同溫度的物體所發(fā)出的紅外輻射具有不同的波長分布特征，這為利用紅外輻射進行物體溫度測量和成像奠定了基礎(chǔ)。在電氣設(shè)備防爆檢測中，由于故障部位往往伴隨著異常的熱量釋放，因此探測紅外輻射強度的變化，即可實現(xiàn)對故障部位的準(zhǔn)確定位和診斷[1]。

（二）紅外熱成像儀的組成與工作原理

紅外熱成像儀是一種利用紅外輻射成像的光電探測設(shè)備，其核心部件包括紅外光學(xué)系統(tǒng)、探測器、信號處理與圖像處理單元等。紅外光學(xué)系統(tǒng)負(fù)責(zé)將物體發(fā)出的紅外輻射匯聚到探測器上；探測器將紅外輻射信號轉(zhuǎn)換為電信號；信號處理單元對電信號進行放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理；圖像處理單元則根據(jù)信號強度的差異，生成直觀的二維熱圖像。得益于非制冷焦平面探測器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代紅外熱成像儀體積小、重量輕、功耗低，可實現(xiàn)對物體表面溫度分布的實時成像和精確測量，為電氣設(shè)備防爆檢測提供高效、直觀的技術(shù)手段[2]。

二、紅外熱成像技術(shù)在電氣設(shè)備防爆檢測中的應(yīng)用

（一）檢測內(nèi)容與診斷依據(jù)

電氣設(shè)備紅外熱成像檢測的主要內(nèi)容包括對設(shè)備表面溫度分布的測量和熱異常點的識別。通過分析熱圖像，技術(shù)人員可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行過程中存在的過熱、熱不平衡等異常情況。一般來說，電氣設(shè)備表面溫度分布應(yīng)該均勻，局部溫度明顯高于其他區(qū)域往往意味著存在潛在故障。常見的熱異常現(xiàn)象及其對應(yīng)的故障類型如表1所示。

除熱異常現(xiàn)象之外，設(shè)備表面溫度的絕對值也是判斷設(shè)備運行狀態(tài)的重要依據(jù)。例如，根據(jù)電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程，變壓器油箱表面最高溫度不應(yīng)超過95℃，電纜終端頭表面溫度不應(yīng)超過70℃等。通過與標(biāo)準(zhǔn)限值進行比對，技術(shù)人員可以全面評估設(shè)備運行的安全性和可靠性。

（二）檢測流程與注意事項

電氣設(shè)備紅外熱成像檢測一般按照以下流程進行。第一，準(zhǔn)備工作：了解設(shè)備的基本情況，如額定參數(shù)、運行工況等；選擇合適的紅外熱成像儀，對設(shè)備表面進行必要的清潔。第二，初步檢查：對設(shè)備外殼、接線端子等進行紅外成像掃描，快速發(fā)現(xiàn)明顯的熱異常點[3]。第三，系統(tǒng)檢測：有針對性地對重點部位進行細(xì)致檢查，必要時可采用最大化、等溫線等圖像處理功能，以突出熱異常特征。第四，數(shù)據(jù)記錄，記錄熱異常點的位置、溫度讀數(shù)等信息，繪制設(shè)備熱分布圖，并與可見光圖像進行對比分析。第五，綜合診斷，結(jié)合設(shè)備運行參數(shù)、負(fù)荷情況、環(huán)境因素等，對熱異常產(chǎn)生的原因進行分析，判斷故障類型和嚴(yán)重程度，提出處理建議。

檢測過程應(yīng)注意以下事項。檢測前應(yīng)去除設(shè)備表面的污垢、油漬等，必要時可在表面涂抹啞光劑，以提高紅外發(fā)射率，減小反射干擾。檢測時應(yīng)盡量與被測表面正對，避免因拍攝角度而引起的溫度誤差；選擇合適的溫度量程和發(fā)射率設(shè)置，以保證溫度讀數(shù)的準(zhǔn)確性；對于表面材質(zhì)未知的物體，可通過測量其表面的實際溫度，反推發(fā)射率的大小[4]；注意環(huán)境因素（如太陽輻射、風(fēng)速等）對測溫結(jié)果的影響，必要時可在設(shè)備周圍設(shè)置擋風(fēng)罩；對于運行中的設(shè)備，應(yīng)保證紅外熱像儀工作在安全距離之外，并佩戴必要的絕緣防護裝置，以保證人身安全。

三、實際應(yīng)用案例分析

（一）配電柜溫升異常案例

某工廠在對配電柜進行例行紅外熱像檢測時，發(fā)現(xiàn)1號柜體右下角溫度異常升高，最高溫度達到95.6℃，明顯高于其他區(qū)域（如圖1所示）。經(jīng)現(xiàn)場查看，檢修人員發(fā)現(xiàn)該處為電纜引入口，緊固螺釘出現(xiàn)松動，導(dǎo)致電纜接頭處接觸電阻增大，在大電流狀態(tài)下產(chǎn)生局部放熱，引起柜體異常溫升。針對該問題，檢修人員及時擰緊了緊固螺釘，并對電纜接頭進行了除銹、涂潤滑脂等處理，消除了接觸不良故障；為進一步減少接頭發(fā)熱，還對電纜截面積進行了復(fù)核，確保其滿足載流量要求。復(fù)測時，異常溫升現(xiàn)象消失，最高溫度降至正常范圍（45.2℃），設(shè)備恢復(fù)正常運行。

該案例表明，紅外熱像檢測能夠準(zhǔn)確、快速地找出配電柜溫升異常點，及時消除因接觸不良、過載導(dǎo)致的局部放熱故障，避免因絕緣損傷引發(fā)嚴(yán)重后果，充分體現(xiàn)了該項技術(shù)在配電柜防爆檢測中的重要作用。值得注意的是，在消除異常的同時，技術(shù)人員還應(yīng)注意優(yōu)化導(dǎo)線選型，從源頭上減少因過載引起的發(fā)熱問題。

（二）電機軸承過熱案例

某化工廠在對一臺大型風(fēng)機電機進行紅外熱像診斷時，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動端軸承罩表面溫度高達105.5℃，明顯高于同類型電機軸承的正常工作溫度（一般不超過70℃）；結(jié)合軸承振動和噪聲分析，判斷軸承存在嚴(yán)重的機械磨損故障；再進一步拆檢發(fā)現(xiàn)，軸承保持架已出現(xiàn)裂紋，滾珠表面有明顯的點蝕和剝落痕跡，潤滑脂嚴(yán)重變質(zhì)，失去潤滑效果，導(dǎo)致軸承磨損加劇，阻力矩增大，產(chǎn)生大量熱量。通過及時更換軸承，并優(yōu)化潤滑方案，電機軸承溫度恢復(fù)至正常水平（58.3℃），設(shè)備重新投入使用。

該案例說明，利用紅外熱成像技術(shù)能夠及時發(fā)現(xiàn)因軸承磨損引起的異常放熱，通過與振動分析等手段相結(jié)合，可準(zhǔn)確診斷軸承故障的類型和程度，為預(yù)防性維護提供可靠依據(jù)。在進行軸承熱像檢測時，應(yīng)重點關(guān)注軸承罩、軸承座等部位的溫度分布，并選用合適的溫度量程和發(fā)射率設(shè)置[5]。

四、紅外熱成像技術(shù)在電氣防爆檢測中的發(fā)展趨勢

（一）檢測設(shè)備智能化

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，新一代紅外熱像檢測設(shè)備正朝著智能化方向快速發(fā)展。在紅外熱像儀中集成智能圖像分析算法，可實現(xiàn)熱異常的自動識別和故障類型的自動診斷，大大提高檢測效率和準(zhǔn)確性（如表2）。例如，利用深度學(xué)習(xí)算法對大量熱圖像樣本進行訓(xùn)練，建立起熱異常模式與故障類型之間的映射關(guān)系，從而實現(xiàn)對新采集圖像的實時診斷。

智能化的紅外熱像檢測設(shè)備還可自動生成檢測報告，通過云端數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷和預(yù)警，為設(shè)備管理人員提供決策支持。未來，在5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的推動下，紅外熱像檢測設(shè)備必將向更高程度的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、移動化發(fā)展，實現(xiàn)對電氣設(shè)備狀態(tài)的全天候、全方位智能監(jiān)控。

（二）診斷分析模型高度化

電氣設(shè)備的故障診斷是一個復(fù)雜的過程，需要綜合考慮設(shè)備類型、運行工況、環(huán)境因素等多種因素。單純依靠紅外熱圖像進行診斷，往往難以得出準(zhǔn)確、全面的結(jié)論。因此，未來亟需建立起多源異構(gòu)數(shù)據(jù)驅(qū)動的高精度故障診斷分析模型，實現(xiàn)紅外熱像與振動、電流、油品等監(jiān)測數(shù)據(jù)的深度融合，提高故障診斷的精準(zhǔn)度。

基于大數(shù)據(jù)挖掘和機器學(xué)習(xí)技術(shù)，紅外熱成像技術(shù)可以從海量歷史運行數(shù)據(jù)中提取出設(shè)備故障的典型模式，建立起以數(shù)據(jù)為中心的智能診斷知識庫；通過知識庫推理和專家經(jīng)驗規(guī)則相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜故障的全面診斷。

（三）檢測系統(tǒng)集成化

電氣設(shè)備的安全運行是一個系統(tǒng)工程，需要各類在線監(jiān)測裝置的協(xié)同配合。紅外熱成像作為其中的一個重要手段，應(yīng)加強與其他狀態(tài)檢測系統(tǒng)的集成融合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通和綜合決策分析。未來，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺構(gòu)建電氣設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)，將紅外熱像檢測數(shù)據(jù)嵌入到設(shè)備全息檔案中，建立起“端—邊—云”協(xié)同的全場景預(yù)測性維護體系，將是重要的技術(shù)發(fā)展方向。

無縫銜接采集端的智能傳感器、邊緣端的實時分析算力、云端的海量存儲計算能力，可實現(xiàn)海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的高速傳輸、實時處理、深度學(xué)習(xí)分析，形成具備自感知、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自決策能力的智能診斷云平臺。各類狀態(tài)檢測系統(tǒng)互為補充、同為一體，能夠及時感知到設(shè)備運行中的各類隱患，真正做到“預(yù)防為主、防患于未然”，進而最大程度保障電氣系統(tǒng)的安全可靠運行。

結(jié)語

紅外熱成像技術(shù)以其快速、直觀、無損的技術(shù)優(yōu)勢，在電氣設(shè)備防爆性能檢測中發(fā)揮著越來越重要的作用。該技術(shù)通過對設(shè)備熱異常的及時發(fā)現(xiàn)和診斷，能夠為故障預(yù)防和基于狀態(tài)的維護提供有力支撐。未來，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的進一步發(fā)展和應(yīng)用，紅外熱成像技術(shù)在電氣防爆檢測領(lǐng)域必將得到更加智能化、精細(xì)化、系統(tǒng)化的應(yīng)用，為保障電氣設(shè)備安全運行提供更加有力的技術(shù)保障。