基于红外热成像的电气设备故障诊断

基于红外热成像的电气设备故障诊断

魏国栋

（中国石油大庆石化公司塑料厂黑龙江大庆163714）

摘要：红外热成像是一种新型技术，其原理是通过非接触式的检测模式对高压电压设备热成像故障问题进行判断，现如今得到了广泛推广应用。红外热成像故障诊断具有迅速、方便、稳定的优势，在电气设备运行状态检测上有着重要应用价值，缩减了设备停电时间，及时排查出设备运行电压、负荷电流等故障问题。鉴于此，笔者结合实践研究，就红外热成像的电气设备故障诊断进行简要分析。

关键词：红外热成像；电气设备；故障诊断

为确保电气设备顺利进行，时刻保持最佳状态应定期进行检测，而传统的停电预防性试验效率低、需停电检测，不利于设备运行效率的提高。而红外热成像技术的出现有效弥补了这一问题，通过非接触式检测形式与热成像技术检测设备运行，有效控制电器设备状态，做到发现问题及时解决，快速找到异常原因且可以预测设备劣化问题。

一、红外热成像技术原理

（一）红外热成像仪

通过热成像技术可以看出热图显示检测目标温度与装置，有温度的物体将会发出红外线，热成像仪即是接收物体发出的红外线经过有颜色像图观察检测物体温度结构状态，像图和物体外层热分布场是相对立的。结合温度变化找到异常位置进行快速检测，借助物体的红外热分布图以及测量所需位置的温度分析设备故障位置与状态进行检测、维修。

（二）红外测温诊断技术

该种检测技术具有操作简单、无需停电、无需解体等优势。检测过程中，进入热像仪试场中的物体都会显示在屏上城乡。如果视场出现温度异常则可以清晰的看到其位置与个数并检测温度。该技术经过观察运行下的设备故障造成的异常红外符合与温度场，在线带电检测，无需系统停止运行即可诊断设备运行状态。同时，确保设备操作稳定、安全，不会对设备产生阻碍或影响。此外，具有较强的适用性、检效率高优势。红外诊断技术适合应用在各行业电气设备检验中，通过成像扫描，状态显示直接看到设备缺陷并对缺陷属性、位置科学分析。节约了人力投入，检测快速，效率高。该技术也有助于计算机分析，推动智能化进程。红网外城乡诊断仪对于设备红外图像数值科学研究，对检测的设备运行合理处理继而得到异常位置受损状态。同时，储存以往设备图像数据信息，构建设备运行档案数据中心展开故障形式研究，达到预知修护。

（三）红外检测技术判断根据

首先对全部需要检测的位置扫描，找到热态异常位置。随后，对异常位置与重点检测设备展开温度测试且形成热像图。通过技术分析软件展开准确分析，找出故障属性，制定解决方法。最后，生成检测报告与异常热像图，针对异常设备图谱结合温度判断、同类比等方法诊断故障原因。

二、红外热成像的电气设备故障诊断应用

以企业为例，该企业引进该技术后累计检测设备缺陷近300次。其中，重大缺陷600余次，内部缺陷300次，确保了电气设备稳定、平稳运行。状态诊断、检修范围内效果显著，帮助企业提高了经济效益。参照有关带电设备红外诊断技术要求进行红外热成像诊断技术应用，针对不同紧急、大型故障等检测、处理、经验总结得出：该技术对导电回路外部发热、故障等分析准确。不过，红外热成像诊断技术用在电气设备绝缘受潮、老化、构件接触不良问题时，可能没有温度突变且温差较小。因为热像仪分辨率、环境影响、人员专业水平达到准确的检测结果分析有较大困难，且现场检测易忽略。因此，结合具体状况引进分辨率、总体属性不同的红外热成像涉笔，检测组的PM695热像仪集中应用在电气设备内部缺陷检测中。在周期性普测、结合荷载、温度条件展开动态跟踪，加大故障诊断。

（一）高低压电力设备检测

冶金企业高低压电气设备内母线、导线、接线端子等设备受湿度、温度、有害气体影响导致设备接触不良、导体截面积降低、材料老化，常规检查时难以发现，长期运行导致设备非正常发热，安全隐患较大。对此，通过热像仪进行故障诊断。

（二）变压器故障分析

通常变压器常规运行的热像图为：上端为高温区，温度逐步降低；套管升高座周围温度较高；设备呈现明亮的红外热图像。不管荷载重量，变压器主体都会受到不同程度损耗，通过红外热成像仪经过同类比与档案分析方法进行变压构件热像检测比较，以此检测变压器存在的问题。

首先，通过红外热成像仪能够对变压器箱体局部温度较高检测，发现局部温度过高原因为：漏磁在箱体生成的涡流消耗导致发热，温度明显提升并带有钟罩螺栓过热发红问题，红外成像温度为200-300℃。同时，因为发热区周围电气回路异常与绝缘介质劣化造成温度过高，因为发热时间温度，故障位置热量经过热传导与对流传导、四周导体扩散导致其温度较高。所以，该种温度升高性质为发热点温度低，一般会超出周围箱体几摄氏度。其次，应用红外热成像仪扫描变压器散热设备温度，从而得出变压器油回路是否堵塞。或者通过红外热成像仪扫描油枕外层温度的分界面分析油枕中油位。

（三）电机故障判断

电机故障位置在接线桩头、轴承、联轴器、绕组等。因为安装过程中未做好控制导致轴承受力异常、润滑油量低导致轴承磨损较大继而发热。所以，通过温度判断法与同类比较共同检验电动机运行轴承温度，预防效果显著。尽管红外成像仪仅可以检测电机外层温度，不过电机内部热量的提高也会传导外层温度提高。针对这一问题，选择同类比较和被检测设备相似荷载下相近构件温度差，如果温度差超出15K应高度关注；在背侧电机和环境温度差超过40k也应重视。如果热像图内电动机外壳局部较热则可能由于铁芯、绕组绝缘层老化造成。如果电机外壳总体温度较热，分析是否由于空气流动不足或电机散热器异常造成。换热器温度过高为直流电机多发故障，多因为外层受损变形、短路等导致。所以，使用红外线成像仪检验换向器温度有助于提升直流电机运行稳定性。

（四）电缆故障判断

根据以往电缆事故经验分析，电缆故障集中于终端与中间接头位置，因为接触较热造成电缆绝缘受损出现击穿。红外成像图内，如果电缆终端总体温度超出其他荷载相似的电缆终端，相对温差超出20%时可以判断该电缆终端绝缘体受潮。如果电缆重点部分构件过热，则可能因为制作油浸电缆头浇灌导致终端三叉口位置过热导致局部发热。电缆中心接头过热主要因为中心接头连接过程中接管压紧松懈出现局部过热。结合红外热像图可以清晰的看出故障属性。

结语：

总而言之，红外热像诊断技术应用在电气故障诊断中有着重要作用，对电气设备内部缺陷诊断也有着显著效果。此外，由于多数内部故障发热在设备外层有温度制约影响，都可以应用红外热成像方法。利用红外热成像技术有助于排除当前设备难以检测的设备运行问题，有助于提升电气设备稳定性、安全性，企业实现经济效益最大化。另一方面，红外成像技术也能够达到电气设备状态控制，由状态维修体制过渡。同时，将设备运行产生的数据输入微机系统，安排专业人员进行设备运行管理即可，结合各台设备状态有效维修，防止出现过修或欠维修问题。

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