红外热像应用仪在电力领域的应用

变电设备状态维护—局部放电紫外检测技术 由于电力需求日益增加，使得电力设备所使用的绝缘材料所承受的电气压力与日俱增，设备使用的寿命往往取决于绝缘材料的绝缘强度。电力设备由于运转 操作、使用年数、使用频度及使用环境等影响，会逐年发生裂化，进而发生故障或事故，世界各国都投入大量的人力从事设备维护及研究故障预测的诊断技术。 早期变电所设备维护采用事后维护，即发生故障后才进行修理。后来发展为预防维护，即事先安排一定时间进行大修或更换零件，以防止突发事故。近而采用预知维护，从设备外部发觉异常征兆，事先预知其严重性，在未发生故障前予以处理。 变电设备维护检测方法 一, 方法簡介 变电设备是由机械、电气、化学等系统组合而成，因此用多项试验来分析设备的异常情况。一般变电设备预知诊断维护技术都先利用不停电方式检测设备有无异常，如发现异常状况再进一步作停电检测。电力公司现行不停电检测方式（Non-outage Tests）包括： 1, 红外线测温（Infra-red Emissions）； 部分放电检测（Partial Discharge）； 3, 油中气体分析（Dissolved Gas Oil Analysis）； 4, 震动分析（Vibration Analysis）； 5, 有载分接头切换器检测（Tap Changer/ Selector Condition）； 6, 箱体状态（Tank Condition）； 7, 油中含水量分析（Water Content Analysis）； 8, 紫外线电晕检测（Ultraviolet Emissions）。 总体而言，变电设备不停电预知诊断监测系统的技术障碍在过去几年来已经逐渐克服，而且价格也逐渐降低，然而准确性与成本效益仍然是各电力公司考虑的主要因素。 变电设备维护方式也可分为两种，一种为定期维护（Time Based Maintenance, TBM）,也是传统维护作业方式，依据设备制造商或电力公司规定的维护周期，定期实施维护作业，人力花费较多且要安排停电作业；另一种方式为状态维护（Condition Based Maintenance, CBM）,可在不停电情况监测设备运转状态，如果发现异常，及时实施维护工作，可减少工作停电及维护人力，有效防范事故发生。 二、不停电预知维护目的： 1， 评估设备使用状况 2， 减少维护费用 3， 预估设备使用寿命 4， 提升工作人员安全 5， 收集第一手资料，积累数据 三、不停电预知维护技术： 1. 应用多重技术（Multi-Technology ） 2. 资讯整合技术（Information Integration） 3. 决策与行动（Decision Making & Action） 四、部分放电检测 变电设备的绝缘体存在微小洞隙、劣痕或其他弱点时，受电场的影响就会加速游离而产生部分放电现象。由于在两电极间并未构成桥式完整连续性放电，而仅在电极间的一部分形成微小放电，故称为部分放电。由于部分放电现象在微小的空间内会产生能量损失及热量，导致绝缘材料的裂化，长时间后导致绝缘破坏，造成设备故障而影响供电品质。部分放电的定量性测试有两大主流，欧洲与日本多采用国际电工委员会（International Electrotechnical Commission, IEC）IEC 60270标准所推荐，测量部分放电脉波的放电电荷量而以PC（pico coulomb）值表示。美国与加拿大则多用美国国家电机制造协会（National Electrical Manufactures Association, NEMA）的标准，测试无线电干扰电压（radio influence voltage, RIV）,而以μV表示，部分放电经常会伴随声音、光、热、化学反应，可通过仪器测量等现象来判断部分放电。 紫外线电晕检测 一、紫外线电晕检测 电晕放电（corona）是一种局部化的放电现象（localized discharge）,是由于绝缘系统的局部电压应力超过临界值所产生的气体电离化（gaseous ionization）现象。因此，电晕放电一般是指存在导体表面的气体放电现象，当带电体表面电位梯度超过空气的绝缘强度（约30 kV/cm）时，会使空气游离而产生电晕放电现象，特别是高压电力设备，其常因设计、制造、安装及维护工作不良而形成电晕放电问题。 目前商业化的紫外线电晕影响仪器是针对紫外光谱进行侦测，通常用来检测被测物电晕或表面放电所产生的紫外线以发现电晕放电问题。一般在室内晚间没有太阳光的干扰下，效果显著。在白天有太阳光干扰的环境下，必须采用含特殊滤波技术的检测仪器，针对太阳盲光（Solar-Blind）波段240~280nm进行感测，使电晕放电检测工作避免受到太阳辐射的干扰。另外，双频谱影象机器使用阳光盲带UV滤波器技术，同时侦测电晕影象及周围环境视觉影象，可应用于侦测及定位高压电力设备的电晕。其中视觉通道用于定位电晕，紫外线（Ultraviolet, UV）通道用于侦测电晕。紫外线电晕成像检测电晕放电的实际案例如下图片： 由于电气的电晕放电是在UV频谱范围内，且电晕放电的温度梯度很小，无法用红外线成像作测量，因此，使用UV原理测量有其优势。紫外成像仪器具有下列优点： 1， 用侦测阳光盲带的电晕法，因此不受环境的阳光辐射影响。 2， UV侦测器有较高的灵敏度，即使微弱的UV信号也可侦测出，可在白天显示影象。 3， 受环境干扰小，可在白天、下雨天、浓雾下作测量。 4， 可应用于影象及紫外线双频谱摄影机。 未来紫外技术检测缺陷，很有应用前景与潜力。 二、紫外检测技术具体应用 随着电力系统的电网规模的不断扩大、电力负荷要求的不断提高，电力系统中使用的各种类型的高压设备的损坏、故障也不断增加，相应对预防性维护的要求也不断提高。输供电线路和变电站配电等设备在大气环境下工作，在某些情况下随着绝缘性能的降低、出现结构缺陷，或表面局部放电现象，电晕和表面局部放电过程中，电晕和放电部位将大量辐射紫外线，这样便可以利用电晕和表面局部放电的产生和增强间接评估运行设备的绝缘状况和及时发现绝缘设备的缺陷。目前，可用于诊断目的的放电过程的各种方法中，光学方法的灵敏度、分辨率和抗干扰能力最好。即采用高灵敏度的紫外线辐射接受器，记录电晕和表面放电过程中辐射的紫外线，再加以处理、分析达到评价设备状况的目的。预防，减少设备发生故障造成的重大损失，具有很大的经济效益。 1， 1、检查发现劣化绝缘子（陶瓷、复合、玻璃绝缘子）的缺陷、表面放电和污染； 2， 2、导线架线时拖伤、运行过程中外部损伤（人为砸伤）、断股、散股检测。导线表面或内部变形都可产生电晕； 3， 3、电力工程质量检测（安装不当、接地不良等）； 4， 4、检查高压设备的污染程度。污染物通常表面粗糙，在一定电压条件下会产生放电，如绝缘子表面因污染会产生电晕。导线的污染程度、绝缘子上污染物的分布情况等，都可以利用该技术有效的进行分析； 5， 5、运行中绝缘子的劣化以及复合绝缘子及其护套电蚀检测。绝缘子的裂纹可能会构成气隙，绝缘子的劣化导致表面变形，在一定的条件下都会产生放电。当绝缘子表面形成导电的碳化通道或者侵蚀裂纹时，合成材料支柱式绝缘子的使用寿命大大降低。形成碳化通道或者裂纹以后，绝缘子的故障是不可避免的，而且可能会在短期内发展成绝缘子击穿事故。利用紫外成像技术在某些情况下还可以发现支撑绝缘子的内部缺陷，可在一定灵敏度、一定距离内对劣化的绝缘子、复合绝缘子和护套电蚀检测进行定位、定量的测量，并评估其危害性； 6， 6、高压产品的绝缘缺陷检测。紫外成像的检测结果还可为电力产品的绝缘诊断与寿命预测提供大量信息，可以建立综合档案资料，以便更好的诊断分析； 7， 高压变电站及线路的整体维护。传统的放电异常判别方法有听声音（包括超声波故障检测）和夜间观察放电等。由于很多设备的放电并不影响其正常运行，所以听声音的方法无法排除干扰因素和主观因素，且受检测距离的限制。如果绝缘设备在夜间发出可见光，放电已经十分严重了。很多事故正是在绝缘设备未见可见光放电的情况下突然闪络击穿引起的。 8， 大型发电机定子线棒端部和槽壁电晕放电检测； 9， 寻找无线电干扰源。高压设备的放电会产生强大的无线电干扰，影响到附近的通讯、电视信号的接收等，使用紫外成像技术可迅速找到无线电干扰源； 10， 10在高压电器设备局部放电试验中，利用紫外成像技术寻找或定位设备外部的放电部位，以及设备内部和外部放电，或消除外部干扰放电源，提高局部放电试验的有效性。 三、以色列OFIL公司�—全球顶尖的紫外检测仪器 SuperB紫外电晕成像仪是由以色列Ofil 和美国电力科学研究院（EPRI）共同研发的最新系列，用于检测和定位高压设备电晕、电弧和局部放电。它作为预维护和诊断工具可以使用于输供电线路和变电站配电设备上。它独特的技术使得可以在明亮的日光下观测到电晕现象。它多种灵活的特性可以在不同形式下使用——航空器、车载式和手持式。它的高灵敏度和可靠性使得该设备已经在全球上百家高压实验室、研究院和服务机构使用。EPRI对SuperB进行了大量的应用研究和现场测试，使得SuperB成为了电力设施预维护必不可少的工具。现在EPRI推出了由Andrew Phillops博士编撰的“架空输电线路电晕和电弧检测指南”。以色列OFIL公司紫外成像技术无论在基础理论研究和应用中都处于世界领先地位。 0fil公司2006年推出最新系列产品： SuperB 型，适用于常规巡检； Rom型，机载系统，适用于直升飞机检测； Ranger 型，车载系统，适用于汽车巡检； Rail型，适用于铁路电气检测； Classic 型，适用于电机定子的检测。 SuperB紫外成像仪有两个通道：紫外线（UV）和可见光。UV通道用于电晕成像，可见光用于拍摄环境（绝缘体、电流器、导线等）图片。两中图片可以重叠生成一幅图片用于同时观察电晕和周围环境情况。因此，它可以检测电晕并清楚地显示电晕源的精确位置。 UV通道工作波段采用太阳盲区UV-c中的240-280nm波段，该波段不受太阳辐射的干扰。在太阳盲区波段臭氧吸收太阳光辐射，阻止其进入地球，因此电晕信号可以在白天获取并成像。UV通道的特殊紫外滤镜由Ofil发明，具有较大的光收集区域，FOV为50 x 3.750。 四、OFIL公司紫外成像仪独一无二的技术性能： 紫外光信道的光学特性（UV-Optical Properties） 紫外镜头设计 紫外光收集面积 属Cathadeoptric lens类型的反射式紧凑镜头 19平方公分（为了最高的灵敏度而设计） 抗太阳光干扰能力 绝对在任何阳光强度及天气条件下，可以观看太阳在市场中的【目标物】 紫外灵敏度 电晕检测灵敏度 可调校紫外增益 视场角度（水平H�垂直V） 检测头寿命9) 3�10-18瓦特/平方公分 1.5～2微微库伦（pC）（8米外观测） 分25级，以增强可检测 5度�3.75度 全无衰老，因DaycorⅡ是绝对日盲的 对焦模式 对焦距离 紫外及可见光通道可以同时自动调焦 紫外可见光通道可以手动调焦 3米至无限远 可见光信道的光学特性（Visible-Optical Properties） 紫外/可见光影响重迭/准确性 0.5milli-radian(毫弧度) 可见光灵敏度 视讯标准 可见光变焦 1 Lux 完全符合PAL或NTSC标准 NTSC:768（H）�494（V） PAL：752（H）�582（V） 25倍光学�12倍数码 曝光操控： 自动曝光 手动曝光 全自动的曝光及增益操控无论在强光还是弱光下都能达到优化的检测效果 由1/3秒(PAL制)或1/4秒（NTSC）制至1/10000秒（强光背景时）。手工操控可做背光补偿及应用在极端的照明条件下，容许抵挡极强的背景光。 五、紫外成像检测技术前景展望 紫外成像检测技术因其直观高效的检测方式，越来越受到广大电力用户的重视。国内现有阶段处于常规检测、做试验，积累数据的摸索阶段；基本所有实力较大的电力科学研究院都已经购置了紫外成像仪器设备，作为领域内的一项专门科研课题；几大电力公司已经购置紫外成像仪作为常规检测工具；但是目前基本处于定位分析阶段，积累宝贵的经验数据。为未来状态维护系统的实现，打下了坚实的基础。 紅外熱像檢測技術 一, 基本原理 紅外測溫設備的工作原理與人類眼睛看物體的原理相近, 紅外測溫儀中有一組透鏡將物體發射的紅外輻射聚焦到探測器上, 而人眼是將光線聚焦到視網膜上. 光線射到探測器上便產生信號, 信號被傳到後面的電路，然後計算出物體的溫度；而人眼是將光線聚焦到視網膜上，將信號傳到大腦，然後產生影像。 紅外線熱像儀能夠生成紅外線影像或熱輻射影像，並且能夠提供精確的非接觸式測溫能力，所以它可以對缺憾設備的熱狀態進行精密檢測。所有物質會因它的表面溫度而放出紅外線能量，例如帶電荷的電子零件。紅外檢測可大量應用於電力設備的外部過熱缺憾及內部故障檢測上，是一種極有效的檢測方法。紅外線熱像儀可以實時顯示物體表面溫度的分佈及變化情況，具有穩定，可靠，測溫迅速，分辦率高，不受電磁干擾及信息處理方便等諸多優點。紅外線熱像儀是把測試物表面的溫度分佈，借助紅外輻射信號的形式，經接收系統傳送到探測器上，再由探測器將其轉為視頻信號，通過終端顯示器，顯示出測試物表面溫度分佈的熱像圖。通俗地講紅外線熱像儀就是將物體發出的不可見紅外能量轉變為可見的熱圖像。紅外線熱像儀的工作波長一般由8um至14um。 二, 紅外線熱像儀的應用 紅外線熱像儀最早是因為軍事目的而得以開發，近年來迅速向民用工業領域擴展。自二十世紀70年代，歐美一些發達國家先後開始使用紅外線熱像儀在各個領域進行探索。紅外線熱像儀也經過幾十年的發展，已經發展成非常輕便的現場測試設備。由於紅外熱成像技術能夠進行非接觸式的、高解析度的溫度成像，能夠生成高品質的圖像，可提供測量目標的眾多資訊，彌補了人類肉眼的不足，因此已經在電力系統、土木工程、汽車、冶金、石化、醫療等諸多行業得到廣泛應用，未來的發展前景更不可限量。下面對紅外線熱像儀的具體應用情況向您作一個簡單介紹： • 輸電設備：接頭、絕緣子、夾板、跳線、高壓線、壓接套管、瓷瓶引線…… • 變電系統：互感器、隔離開關、空氣斷線器、油斷路器、少油量斷路器、避雷器、電容器、電抗器、變壓器、匯流排、套管、整流器、絕緣子、線夾、阻波器…… • 配電系統：配電盤、開關箱、變壓器、斷電器、接觸器、保險絲、電纜…… • 發 電 廠：發電機碳刷繞組裝備、發電機、變壓器、油枕、發電機饋電線、電壓調節器、發電機馬達控制中心電盤、UPS…… • 建設系統：檢查外牆空鼓、剝落、屋面滲漏、管道、熱橋、建築節能研究、竣工驗收等； • 公路橋樑：可用於快速掃描公路裂紋、橋樑開裂、滲漏檢查、瀝青攤鋪等； • 冶金系統：用於大型高爐料面測定、熱風爐的破損診斷和檢修等；高爐、鋼材成型 • 加工和熱處理：焊接、鑄件、模具、煉鋼爐、轉爐、魚雷車、爐壁、金屬熱處裡（退火、回火、淬火）、冷/熱軋鋼板、鋼卷線材等溫度量測監控…… • 石化系統：可用於保溫隔熱材料的破損診斷、加熱爐管的溫度分佈測定等； • 轉動機械設備：馬達、馬達碳刷、軸承、聯軸器、泵浦、汽機葉片、齒輪箱、驅動齒輪、驅動皮帶、聯軸器、射出成型機、柴油機、空壓機…… • 機電系統：可用于新產品開發試驗研究、大型機電設備溫度分佈監測等； • 鍋爐反應爐加熱爐：爐壁、爐管、煙囪、熱交換器、水泥旋窯…… • 產品流程設備：安全閥、氣體/產品管路（保溫、保冷）、熱交換器、冷卻塔、桶槽、球槽、儲存槽、空氣乾燥機、烘乾機、冷凍器…… • 電子產品：PC板熱分析、電子元件熱傳導測試、殼散熱測試、電路設計、環境評估…… • 消防安保系統：可用於消防科研、火災救人、安保、走私監控等； • 自然科學：採光、溫室效應、沙塵暴、植物、採礦等； • 醫療：腫瘤、甲狀腺、糖尿病、非典、禽流感等； • 其它：玻璃、軍事、塑膠、造紙、紡織、包裝、排汙、電影廣告策劃…… 三, 電力紅外診斷的重要性 紅外測溫與診斷技術對電力設備在線故障診斷和安全保護，在產品質量控制和監測以及節約能源等方面發揮著重要的作用。近20年來，非接觸式紅外測溫儀在技術上得到迅速發展，性能不斷提，功能不斷增強，品種不斷增多，適合範圍也不斷擴大，市場佔有率也在逐年增長，紅外診斷技術廣泛應用於發電廠房，變電站，輸電線路，城市配電，石油，化工，鋼廠，鐵路等電氣設備的發熱故障診斷，安全效果，經濟效益顯著。紅外診斷項目普遍受到發電，供電企業的重視，有事業心，進取心的管理人員開始研究和完善紅外診斷的作業與管理方法。 電氣設備過熱故障的模式分為短路故障，雷電入侵，超負荷，內部絕緣體損壞和導電回路接頭故障等等。過熱故障會造成導體發熱，燒斷，設備損壞和被迫停止運作。維修費用高，導致經濟損失大。而紅外診斷能發現電力設備的隱蔽功能性過熱故障，把多重風險大大降低。紅外診斷能提前檢出故障信息，使維修工作處於主動位置，並使成本降低。紅外診斷可以在設備運行的情況下監視其損壞的狀況，並能識別和分析設備缺陷發展的狀態，對實施防止故障的措施及制定檢修期限大有幫助。 電力設備過熱故障從微觀到宏觀，從局部到整體，從隱蔽到顯露，都有一定過程。 故障潛伏孕育階段往往是隱蔽的，這給紅外診斷帶來很大困難。測溫定位越籠統， 故障代價越大；而測溫定位越精細，診斷的時間頻繁，對設備的安全貢獻越大，相對地對診斷人員的素質要求越高。例如對高壓設備的內部發熱的監督就比較複雜，專業及精致。