红外热像仪在电力诊断技术的应用电力红外诊断技术概况电力红外诊断技术与维修方式的转变1．预知维修方式设备维修方式一般可分为事后维修和预防维修两类。预防维修中又可严格地区分为以时间为基础的预防维修和以状态为基础的预防维修两种方式。对于以状态为基础的维修方式，又称为“预知维修”或”状态维修”。在欧洲，它被叫做“状态基础的维修”，即ConditionBasedMaintenance（简称CBM），在美国它被称为“预知维修”，即PredictiveMaintenance（简称PRM），从而可看出预知维修不仅具有“预知”机能，而且还包括“按设备状态维修”的含义。人们以往说的预防维修，实质是以时间为基础的预防维修，这是在20世纪50～70年代盛行采用的维修方式。这种维修方式存在很多问题，往往是透行了预防维修，还会发生不同程度的故障，或在某一时间出现故障率上升的现象，而且过剩维修的情况较多，尤其是定期的预防维修，对提高生产率有影响。在70年代，世界上随着设备诊断技术的开发引人，人们观测设备的劣化状态，根据观测结果决定维修工作的进行，这就是预知维修方式。英国标准BritishStandard（简称BS）中对预知维修有明确的定义，它规定“监测反映设备内部主要劣化的参数变化，针对监测到的劣化状态实施维修”。以往的预防维修是每隔一定时间实施一次预防维修，而预知维修（或叫状态维修）是每隔一定时间实施一次设备诊断，测定设备状态，根据劣化状态来确定维修的必要时刻、方法及备件的定购。根据研究结果可知，电力设备采用预知维修具有如下优越性：（1）对绝大多数（约占90％）的电力设备都适用。（2）对电力设备这样复杂的系统维修效果大。（3）比机械设备更经济、正确地诊断；（4）对突发故障造成损害越大的设备，预知维修的效果越好。2．红外诊断技术是预知维修的有效手段实现预知维修的前题是采用科学的手段监测，以达到经济和正确地诊断。红外诊断技术在电力设备异常诊断中的成功应用，恰恰为维修方式的转变提供了极良好的手段。1990年国际大电网会议（CIGRE）论文论述了设备维修、预知维修、状态监测、诊断试验和红外热成像技术，它明确指出维修对电力设备的安全有效运行，有着重要的作用，而状态监测和诊断试验是维修工作必不可少的辅助措施；近年来电力设备的维修正向预知性维修变化，依据每个设备的工作状况进行定期的监测，根据其劣化和损害程度来计划维修；实现了这种预知维修，设备才会获得更高的可靠性，并能减少维修的人力物力；论文还明确指出“由于红外热像检测取得了良好的效果，有效地发现了设备的弱点，因此，现在热成像检测已成为维修工作的一大特点”。·红外技术特别适用于电力设备故障诊断工业中的电力设备故障，其25%是由于连接松动引起的。因为大量的电气接头和连接件由于磨损、腐蚀、胜污、氧化、材料不合格、工艺设计等方面的问题都可造成过热。任何电力设备很少事先没有征兆就发生故障的，任何电力设备，不管维护得多么好，都会在每次检查时发现些新问题。一旦设备有一处开始发热，若不予以维修，那它发生故障仅仅是个时间早晚的问题。设备运行中，红外检测往往可找到一些看似无关大局的小问题，允许在正常停机检修过程中分别给予解决，当我们逐个解决了这些小问题后，也就避免了大多数严重问题的发生，改善了电力设备的运行状况。所有的电力设备都必须花钱修理并更换那些由于过热故障损坏的设备。如将同样的花费或通常是少得多的花费，用在更合理的红外检测方面，就可以预防这样的过热故障，且同时增加了系统的安全性、可靠性和用户的满意。红外诊断技术对运行中的旧设备，对刚投运的新设备以及完成修理的设备都一样行之有效。对运行中的旧设备，它可以找出其失效部件，最大限度地减少它对整个系统造成的损害，设备的寿命得以延长，灾难性故障可以避免，同时可以确定修理的具体部位，避免了整个系统的关闭；对刚投运的新设备，虽然并不一定能找出任何严重的问题，但可为运行人员提供有价值的原始数据资料；对那些已完成修理的设备，它的检测可以确信它们工作的正常，从而进一步增加设备的工作效率。总之，通过红外检测诊断，可预防设备的电气和机械事故及灾难性火灾，改变维修管理体制，使其从预防性的，甚至是紧急状态下的抢修变成为预知性维修。红外诊断技术可称为设备管理工作的眼睛，它使电气维修走出了盲目的时代。红外检测的效益概括如下：（1）在设备发生故障和失去控制前发现问题，从而可降低贵重设备的损坏程度，延长了设备的使用寿命。（2）减少了因故障导致的非计划停机。（3）监测那些不要立即停机采取措施的问题，并预先作好维修计划。（4）有效管理能耗，节约能源。（5）节约维修时间，大大降低维修费用。（6）增加系统的安全性和可靠性，用户满意。（7）可快速、有效地收回投资。·电力红外诊断技术应用概况社会经济的进一步发展，对供电可靠性的要求越来越高。电力生产技术的进步，电网运行电压不断增高；随着电网增大，机组容量增大，输电距离更长了；而且设备的密封性和组合性也在不断加强。目前，设备事故在全部事故中占的比率最高，有的高达92%。而电力工业的生产设备，如锅炉、发电机、输变电各部分，都分别在高温、高压、高速旋转、高电压、大电流的状态下运行，都与热有着极其密切的关系。在众多的停电事故中，因设备局部过热引起的停电检修时有发生，某电厂在1987年由于某台隔离刀闸的一个引线接头过热烧断，断线在不平衡力的作用下，向其两侧抽动，连续造成相间短路，致使大面积停电。这样一个小小的过热接头造成了极大的经济损失，足见过热的危险性。因此，对电力设备温度的监测管理是国内外一直进行的工作，而监测温度的老办法不外乎是“接触式”的，不论应用水银温度计、热电偶或腊片，都要与被测设备良好接触方可进行测量，当然带电的、高速转动的和处在高空部位的设备，除有预埋测温元件外，都必须进行停电、停机或登高爬上设备方可进行测量，这为经济、安全发供电带来极大的困难。众所周知，电力系统的设备接头数量惊人，为保证其质量，过去通常采用两种方法检测，即“测在阻法”和“贴温度标签法”。测直阻法是使用电桥或数字微欧表测量接头电阻，工作量大，耗时费力，尚须停电才能进行。如英国某部门采用数字微欧表测线路直阻时，仅测试本身的工作量需要的费用就很大，在不许因停电造成的损耗时，不同线路的每个接点测量费用为2．5～5英磅。贴温度标签的办法各国均有采用，如日本温度标签可分为10种，温度范围为50～125℃，寿命为2～3年。我国不少供电部门也采用腊片贴附测温，这些测温片显然比较简单，但都需要停电后安放，费时间不经济，且测温范围狭窄，结果不准确，操作不方便、不安全，随着电压等级的提高，设备绝缘距离加大，在更高电压、更远距离的设备上，根本无法使用温度标签的方法测温。基于以上所述，电力设备的温度监测必须改变测温的接触方式，寻找新途径，开展遥感遥测技术，在不接触运行设备的前提下，进行不停电、不停机的测温。而发展到目前的非接触红外测温技术，恰好满足了电力系统的要求，红外测温正在世界很多国家的电力生产中发挥着重要的作用。60年代以来，世界上不少先进工业国电力工业先后采用热成像仪来检测设备，我国电力热成像检测始于助年代初，红外检测在发、输、变电的各个方面应用都很有成效，越来越引起更多同行的关注，除试验研究部门外，生产运行部门也积极投入到红外检测的行列当中。在发电方面，热成像仪用于检测锅炉和汽机的绝热状况，检测发电机走子铁芯的绝缘、定子线棒的焊接质量及滑环、碳刷等。除使用热像仪外，有的国家还备有检测大型走子铁芯的专用装置。过去定于铁芯绝缘采用手摸的办法检查短路过热点，用热成像监测与手摸相比，其准确迅速的程度是不能相提并论的，对于在高速旋转中且通过上千安培电流的滑环与碳刷，红外测温更是提供了方便安全的监测。我国正在开展发电设备红外检测诊断的试验研究，同时进行大量现场检测，均取得十分显著的成效。在变电方面，应用红外检测最广泛，不少国家已形成常规的检测制度，设置热成像仪专用监测车进行变电站巡检。检出的过热通知检修部门，如有必要可在检修后再测电阻等其他参数来进行对比，对显示特殊热像的设备，要加强监测。对检测周期，有的规定每两年对主要变电站检一次，有的每年对所有变电站全部检测，有的对主要目标采用红外连续监测。由于热像检测效果明显，超温的部件数量逐年下降，有的从1975年的山下降为1978年的0．5%，有的故障率从1971年的2．35%下降到1977年的0．24%。对于红外检测电力设备的作用，最早在1968年就被有的国家完全确认，有的已确定电力热像检测为标准方法。我国电力试验研究单位和生产运行部门也都进行了大量的红外检测，诊断出不少故障，社会经济效益明显，与此同时，他们正在探索一套对电力生产行之有效的红外诊断技术。已编制出电力红外诊断技术导则。在输电方面，由于电力生产的发展，越来越长的线路往往跨越高山大川，地形复杂，采用通常的地面巡线已达不到要求，在有条件的国家已采用直升机载热像仪巡线。有的已列为常规巡线方式，有的配置双引擎专机巡线。飞机载热像仪巡线的试验研究工作最早的开始约在70年代初期，在不断改进后，每个被检出的故障耗资逐年递减，到1987年时耗资已为初始的一半还略低。对接头检出结果分为四种情况，有微温、温、热和异常热，报告维修工程师，根据天气、负荷来确定检修的先后顺序。我国的湖北、河南、东北、华北、广东及西北各地电力系统，都进行了红外航测线路的试验研究，探索出不少经验，已取得一定成果。根据国情而进行的地面检测研究，也正在有效地推进中。·国外电力红外诊断技术应用实况1．美国在工业上长期得到运用的红外热成像技术现已在制造业以外有了越来越多的用武之地，美国红外诊断服务公司遍布全国，对各行业的设备进行故障诊断，节能检测、无损探伤，核电站安全检测及建筑物的保温、检漏等工作，其应用起步是始自电力设备诊断，下面用一实例说明应用现状。马里兰州的巴尔的摩煤气电力公司使用一套车载的红外检测系统，监视马里兰公用事业公司大约64103km供电线线路和175个变电站，它的用户超过一百多万家。红外热像检测系统装在一辆卡车上，车蓬上装扫描系统，监视器装于车内，通过仪表盘遥控。检测时，使用两组不同的透镜取远近两处的目标图像，操作者发现异常情况需立即修理或有必要进一步检查时，则立即捕捉该图像，直接在卡车上打印；为确定疑点的位置，将热图像和一张一次成像照片由专人送往该公司的主管人员，当有紧急情况时，通过电话或无线电联系。卡车备有电源以驱动操作系统、监视器、打印机、这根蓬和汽车企，使大部分操作都在卡车上进行，对于只能步行才能到达的目标，才到卡车外面操作。他们利用该装置除了车载巡检输电线路和每两年检查一次变电设备外，还要装到直升机上寻找输煤管道上的过热部位，以便及时采取措施，节省大量煤炭。该公司采用红外检测技术，允许厂家进行在线检测，由于能及早发现隐患，及时采取相应措施，每年大约为用户节省15万h停机时间。热像巡检每年要送交400～500份报告，包括要求修理和深入调查两种情况。2．意大利意大利米兰区自引入红外热像检测后，每两年对主要变电站检测一次所有的元部件，使过热部件的数量是显著下降趋势，如从1970～1975年共检237000个，其中有2500个比正常温度高30℃或30℃以上，约占出的设备在故障状态下，而到1975～1978年间，该故障率已下降为0．5%。3．比利时比利时首都设红外检测总部，下设6个地方部门，检测内容包括各个方面，但80%的工作量在电力设备方面，其最主要的目标之一就是减少运行费用，他们认为一天热像检测可代替两周的维修量。该国三个电力公司定期由红外检测服务部门对变电站检测，效果明显，其设备故障率从1971年的2．35%下降到1977年的0．24%，如图12－1所示。
图12－1设备故障率下降曲线4．瑞典瑞典电力部用热像检测变电站最早始自1965年，每年对所有变电站检测一次，为避免停电，对主要目标采用红外连续监测的方式。5．英国英国中央电力公司（CEGB）用车载和机载热像设备进行电力设备的检测，取得显著成效，有关技术人员说：“我们的目标是以最可能低的费用生产电力，而热像帮助我们达到这个目标”，“扫寻潜在问题并在实际故障发生前进行维修，对电力公司是最宝贵的”。6．其他世界其他各国情况简介如下：法国于1976年开始采用热像诊断，认为它是一个有效的故障诊断武器，它成立一个专门机构以保证工业生产的安全与经济，其主要的检测手段是红外测温；巴西在1979年已有25台热像仪用于变电设备的检测。各国对红外检测的论述很多，如“电力红外检测可以从发电厂到用户这一整个的系统进行”。“今天的热像图可以显示明天的电气问题”。“今天热像显示定位一个‘小故障’，明天就能变成一个‘大灾难’。“在不重要的、小的缺陷故障转变成大规模维修问题以前很长时间，热图就可迅速地、显而易见地、准确地指出问题所在”。“热像检测提供了一个预防潜在电气故障有效而安全的方法”。“热像检测给使用者一种灵活性，热像可帮助他安排电力设备现在与将来维修计划的日程”。
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