张 琪
中石化金陵分公司南京市210000
摘要：介绍了利用红外热像仪对电气设备进行工况状态监测、红外温度图谱数据采集，实现了在电气设备无接触且不需停机状态下的测温，不但能测量被测物体的多点温度，且能显示出被测物体的温度场分布，通过定期检测可以保证电气设备的安全运行，也能在发生异常情况时及时使用红外热像仪排查隐患，减少故障发生率。
关键词：红外热像仪 电气设备 故障检测
1 红外热像仪工作原理
红外热像仪是一种成像测温装置，它利用目标与周围环境之间由于温度与发射率的差异，借助红外辐射信号的形式，经接收光学系统和扫描机构成像在探测器上，再由探测器将其转换成视频电信号，经由一系列电信号处理，在热像仪终端显示器上显示出被测物体表面温度分布的热图像。
红外热像仪测温度是一种非接触性检测技术，安全性高、检测精确，因操作简便,已被用作众多炼化企业电气设备状态检测与故障诊断的工具。 本文选用的是德国testo872红外热像仪，具体参数如表1所示。
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2 红外热像仪在电气设备故障检测中的应用
2.1 红外技术诊断电气设备故障类型
当电力设备出现缺陷或故障时，缺陷或故障部位的温度会产生异常变化。从而造成设备的局部发热，电力设备发热故障可分为两类：外部故障和内部故障。
1）外部故障：主要指外部可见的局部过热，该类故障会向周围辐射红外线，例如各种裸露接头及引流线夹接触不良；刀闸的刀口及转动柱头接触不良；导线断线等；可以从被测对象的红外热像图中直观地判断是否存在热故障，且可以根据热像图的温度场分布准确判断出故障的部位，从温升幅度判断出故障的严重程度。
2）内部故障：主要指封闭在固体绝缘、油绝缘和金属外壳内的电气回路产生的热故障。例如断路器的动、静触头及中间触头接触不良；变压器绕组、铁芯及套管导体内部故障等；内部故障发热状态通常是长期且稳定的，温升幅度不大，温度场分布差距不明显，所以很难直接靠红外热像仪的图像判断出故障部位，需要结合经验和其他检测方法综合识别。
2.2 红外热像仪常用检测分析方法
1）表面温度判断方法
根据被测电气设备表面温度值，对照有关电力设备检测规范的相关规定，结合环境温度、负荷大小，可以判定出一部分电流致热型设备的缺陷。但可能因为被测点发热不明显而漏判故障点。
2）相对温差判断法
电力设备在正常运行时会发出设计允许范围内的热量，若用热像仪对被测设备进行扫描检查时，发现正常设备和缺陷设备相同部位温度值进行比较，对缺陷设备存在的异常温度点进行重点检测，测出异常点的温度。同时考虑周围环境条件的影响，最后根据电流过热型设备缺陷相对温差诊断依据的规定值，来确定被测设备是否存在故障及严重程度。
3）同类比较法
对同组三相设备或运行条件和情况相同的同类型设备，每一相的对应部位或同类设被相对应的部位进行测温，并对被测部位的温度进行比较是否有温差，可以直观判断出对应部位温差从而确定是否存在异常温度点。但也会存在同类设备或同一设备三相同时产生故障的可能性。
4）档案分析法
需要拟定定期检测计划，罗列需要可能存在热故障隐患的电气设备，安排专人按照检测周期使用红外热像仪进行巡检测温，并将每次测量结果记录在红外热像仪检测台账中，即可将不同运行时期的温度值进行对比分析，得出温度值的变化趋势和变化速率，分析温升和温度场分布的变化，以判断是否存在异常温度点。
3 红外测温仪与红外热像仪的检测特性
红外热像仪可进行目标设备整体的温度分布检测，数秒即可判断目标的温度状态，检测范围和效率非常高。
红外测温仪则无法进行目标整体的温度分布检测，只能显示一定范围内的平均温度，通常需要通过人工扫描检测以找到温度异常点，检测效率低。
图1为使用红外热像仪检测Ⅰ加氢裂化干气贫液泵P151A电机整体温度情况，由红外热像图可以判断出机身温度正常，接线盒颈部温度正常，电泵与电机连接的轴承温度过热，测量温度值为73.4℃，高于正常运行时的温度，经现场检查电机轴承发现是缺少润滑油脂所致。
使用红外测温仪对电机进行测温，需人工测量被测电机多个部位的温度值，难以找到温度异常点，且效率较低。
图1 Ⅰ加氢P151A电机红外热像图
4 红外热像仪的应用
4.1 变压器的红外检测
变压器红外热像仪检测的常见故障类型有为变压器接线端子接触不良、氧化腐蚀，油浸变压器油管路堵塞等。
图2为使用红外热像仪检测原料油泵Ⅱ汽油变压器整体温度情况，由红外热像图可以看出变压器三相接头处对应测点温度值分别为30.1℃、30.3℃和30.7℃，可以判断出三相测点温差相近，无过热隐患。
图2 Ⅱ汽油1#变压器红外热像图
4.2 断路器的红外检测
断路器红外热像仪检测的常见故障类型为断路器接线端子处接触不良、压接不牢导致的接触电阻增大发热等。
图3为使用红外热像仪检测Ⅱ汽油原料油泵P101/3断路器整体温度情况，由红外热像图可以看出断路器三相接线端子处对应测点温度值分别为36.4℃、36.5℃和37.1℃，可以判断出三相测点温差相近，无过热隐患。
图3 Ⅱ汽油P101/3断路器红外热像图
4.3 接触器的红外检测
接触器红外热像仪检测的常见故障类型为触头接触不良、进出线端螺丝松动造成的接触不良、铁芯闭合不良等。
图4为使用红外热像仪检测Ⅱ汽油加氢原料油泵P101/3接触器整体温度情况，由红外热像图可以看出接触器三相接线端子处对应测点温度值分别为41.0℃、41.8℃和39.2℃，可以判断出三相测点温差相近，无过热隐患。
图4 Ⅱ汽油P101/3接触器红外热像图
4.4 电缆的红外检测
电缆红外热像仪检测的常见故障类型为电缆接头接触不良，电缆套管破损引起接触电阻增大发热等。
图5为使用红外热像仪检测Ⅱ汽油加氢原料油泵P101/3电缆整体温度情况，由红外热像图可以判断出接触器三相接头处对应测点温度值分别为33.6℃、34.9℃和34.2℃，可以判断出三相测点温差相近，无过热隐患。三相电缆套管对应测点温度值分别为32.2℃、33.3℃和31.9℃，温差不大且结合环境温度，该温度与正常运行温度相符，无过热隐患。
图5 Ⅱ汽油P101/3电缆红外热像图
4.5 电机的红外检测
电机发生故障的部位及原因比较复杂，若发现电机温度异常，可通过红外热像仪逐一排查，主要故障类型为电机接线盒颈部端子过热，与电机连接的轴承处缺少润滑脂引产生的过热，电机机身外壳散热不佳引起的过热等。
图6和图7为使用红外热像仪检测Ⅱ汽油P101/3电机机身和端盖的温度情况，由红外热像图可以判断出电机伸端、机身和尾端温度值分别为45.9℃、49.9℃和39.3℃，端盖处三个测点温度值分别为53.9℃、49.2℃和47.9℃，该温度与正常运行温度相符，无过热隐患。
图6 Ⅱ汽油P101/3电机机身红外热像图
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图7 Ⅱ汽油P101/3电机端盖红外热像图
5 结论
红外热像仪的操作简单，与装置常用的红外测温仪相比，检测范围和效率更高，并且能检测出设备表面温度场分布，显示的热像图清晰直观。定期检测判断电气设备是否存在过热隐患，以保障设备安全平稳运行。
1）安排专人每月对各电气设备进行巡检，并为被测设备建立红外检测档案，便于分析缺陷产生的部位及原因，及时采取有效措施，降低设备因过热隐患而引起故障的概率。
2）每月巡检电动机回路的检查内容包括：变压器、断路器、接触器、电缆线、电机机身和端盖等。
参考文献
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