紅外紫外及激光成像技術在在線檢測中的應用

關于紅外紫外及激光成像技術在在線檢測中的應用光譜的劃分紅外線，又稱為紅外熱輻射，也是一種光線，其波長比可見光中紅色光的還長（750nm），超出了人眼可以識別的范圍（1800年）。紫外線：波長介于可見光短波極限與X射線長波端之間的電磁波或電磁輻射（1802年）。激光：利用光能、熱能、電能、化學能或核能等外部能量來激勵物質，使其發(fā)生受激輻射而產生的一種特殊的光。第2頁,共54頁，2024年2月25日，星期天應用紅外、紫外和激光測溫與成像技術，可以對處于運行狀態(tài)的電氣設備檢測的故障：接觸不良、缺油，受潮，松動、絕緣老化、電暈、放電、SF6氣體泄漏等多種故障。第3頁,共54頁，2024年2月25日，星期天紅外線成像的原理基礎：凡是溫度高于開氏零度(絕對零度：-273.15℃)的物體都會自發(fā)地向外發(fā)射紅外熱輻射，而且黑體單位表面積發(fā)射的總輻射功率與開氏溫度的四次方成正比，溫度只要有較小的變化，就會引起物體的輻射功率發(fā)生較大變化。只要有溫度存在，就有紅外線攝影成像的可能。第一節(jié)采用紅外成像技術檢測電力設備熱故障第4頁,共54頁，2024年2月25日，星期天紅外線濾鏡(InfraredFilter)：進行紅外線攝影和成像時需要一個阻擋可見光及紫外線輻射，同時又可以透過紅外線的特殊濾光鏡。作用：類似于帶通濾波器，讓所需要波長的紅外線通過，而將其它波長的光線阻斷。第5頁,共54頁，2024年2月25日，星期天紅外線成像設備的構成紅外線濾鏡感光器件其它光學和成像系統(tǒng)通過紅外線成像設備，就能探測出物體表面所輻射的不為人眼所見的紅外線，并描繪出溫度場手持式紅外線熱像儀第6頁,共54頁，2024年2月25日，星期天紅外成像診斷熱故障的機理：當帶電設備有了熱故障，其特點是過熱點為最高溫度，形成一個特定的熱場，并向外輻射能量。紅外成像技術的特點和優(yōu)勢：非接觸式檢測；在設備運行狀態(tài)時進行測試；遠距離、準確、實時、快速、簡便、安全、可靠、直觀。第7頁,共54頁，2024年2月25日，星期天電力設備熱故障分類與熱成像檢測的有效性電力設備熱故障，可分為兩類：接觸熱故障（如導體連接件接觸不良，電流流過時發(fā)熱）設備外部：各種裸露接頭、壓接管、壓板和隔離斷路器刀口等。設備內部：設備內部導電回路接觸不良、互感器內部接頭松動，變壓器繞組和電機定子線棒焊接處接觸不良等。第8頁,共54頁，2024年2月25日，星期天設備元件變質老化：如：閥性避雷器并聯(lián)電阻劣化或損壞。充油設備當油循環(huán)受阻、假油位等，也可能引起熱故障或冷故障。如散熱器上下閥門未打開，使整個變壓器溫度上升；而有時個別未打開的散熱器又出現溫度低的冷故障，強油循環(huán)潛油泵損壞等。第9頁,共54頁，2024年2月25日，星期天檢測熱故障的傳統(tǒng)方法停電測量電阻值（如變壓器和電機通過定期測量繞組直流電阻來判斷是否存在接頭接觸不良）。在易發(fā)熱處貼示溫片，根據示溫片顏色改變，判斷是否過熱。設備帶電時用綁有石蠟的絕緣桿，將石蠟和接頭相接觸，若石蠟熔化則判定為過熱點。對設備內部熱點采用埋設測溫電阻法。上述方法的局限性：難以準確量化并確定最高點溫度。第10頁,共54頁，2024年2月25日，星期天紅外成像技術可檢測的熱故障電力設備內外導流回路熱故障；高壓設備內部絕緣故障導致的熱故障；變壓器、互感器等內部充油設備缺油、油循環(huán)不暢等引起的熱故障；變壓器鐵芯損耗、渦流損耗增加等引起的熱故障；電壓分布異常和泄漏電流增大引起的熱故障；各種動作設備（如分接開關、斷路器、潛油泵等）由于磨損引起的熱故障；個別內部熱故障還無能為力。第11頁,共54頁，2024年2月25日，星期天紅外成像技術在電力系統(tǒng)的具體應用外部熱故障檢測和診斷標準各種裸露接頭熱故障電力變壓器外部熱故障絕緣子串熱故障電機和其他電力設備熱故障第12頁,共54頁，2024年2月25日，星期天各種裸露接頭熱故障檢測方法和標準

故障類型熱點位置設備存在疑點設備存在熱隱患設備存在熱故障設備存在嚴重熱故障設備存在惡性熱故障各種外部裸露接頭、將軍帽10~1515~2525~4040℃以上60℃以上隔離刀閘關節(jié)、套管膨脹器10~1515~2020~3535℃以上55℃以上刀閘刀口10~1515~2020~3535℃以上55℃以上建議處理意見查明原因后處理安排處理必須安排處理馬上停電處理一定停電及時處理第13頁,共54頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共54頁，2024年2月25日，星期天2.電力變壓器外部熱故障檢測及標準變壓器內部熱故障的診斷尚有難度：強油循環(huán)使內部熱故障的外在原始熱場被破壞外表暴露的熱故障，可以應用紅外成像檢測正常變壓器的外殼熱像圖是沿水平線溫度均勻分布的溫度場：高中低套管的溫度三相基本平衡潛油泵不應該有特殊的過熱點箱體螺栓的溫差不應該過大故障狀態(tài)下，熱像圖會發(fā)生相應的變化第15頁,共54頁，2024年2月25日，星期天箱體同一水平線的最高和最低溫度差不應該大于10℃各螺栓中最高的溫度點與平均溫度之差不應大于15℃平均溫度與環(huán)境溫度之差不應大于55℃潛油泵溫度與本臺變壓器其他運行的潛油泵平均溫度之差不應大于30℃變壓器套管將軍帽溫度對環(huán)境溫度的溫升不應大于70℃，且三相平衡散熱器閘門未打開、油枕假油位、潛油泵反轉等故障的熱像圖也會出現反常變壓器外部熱故障的經驗診斷標準：第16頁,共54頁，2024年2月25日，星期天變壓器套管發(fā)熱故障的紅外熱像圖第17頁,共54頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共54頁，2024年2月25日，星期天變壓器箱體大蓋螺栓發(fā)熱的紅外熱像圖WHY?第19頁,共54頁，2024年2月25日，星期天第20頁,共54頁，2024年2月25日，星期天3.絕緣子串紅外成像熱故障檢測和診斷劣質和零值絕緣子是最為常見的故障類型根據整個絕緣子串的溫度場圖像判斷良好絕緣子串瓷瓶鋼帽上的溫度分布與其電壓分布相對應，呈不對稱馬鞍型第21頁,共54頁，2024年2月25日，星期天存在劣質絕緣子的絕緣子串紅外熱像圖第22頁,共54頁，2024年2月25日，星期天第23頁,共54頁，2024年2月25日，星期天電纜終端接頭出現裂紋的紅外熱像圖第24頁,共54頁，2024年2月25日，星期天第25頁,共54頁，2024年2月25日，星期天斷路器觸頭接觸不良故障的熱像圖第26頁,共54頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共54頁，2024年2月25日，星期天2.電流互感器內部熱點檢測和判斷標準

損耗由銅耗、鐵耗和接頭電阻損耗組成,由頂帽以熱量的形式散去采用橫向和縱向相互比較的方法故障判據：三相互差在20℃以上，溫度高者內部有嚴重熱故障溫差在15℃以上，應停電試驗檢查相差10℃以上，應加強監(jiān)測對環(huán)境的溫升也不能大于70℃（二）內部熱故障紅外成像檢測和診斷標準第28頁,共54頁，2024年2月25日，星期天電流互感器內部局部放電和絕緣老化故障的紅外熱像圖第29頁,共54頁，2024年2月25日，星期天3.電機定子繞組接頭紅外檢測和診斷標準檢測時間：運行中檢測大負荷停機或短路試驗停機后進行診斷標準：對包絕緣的接頭，若其表面溫度高于平均值15℃以上，不合格未包絕緣者，若接頭溫度超過平均值7℃以上，則應處理（二）內部熱故障紅外成像檢測和診斷標準第30頁,共54頁，2024年2月25日，星期天發(fā)電機定子線圈局部過熱故障紅外熱像圖第31頁,共54頁，2024年2月25日，星期天避雷器內部故障的的紅外熱像圖第32頁,共54頁，2024年2月25日，星期天（三）紅外成像檢測的注意事項防止太陽照射與背景輻射影響陰天、日出前或日落后、最好在晚上防止環(huán)境溫度的影響避開夏冬季，選擇春、秋季防止氣象條件的影響選擇無霧、無雨、無風、云天氣進行第33頁,共54頁，2024年2月25日，星期天（三）紅外成像檢測的注意事項防止大氣中物質的影響大氣中的水汽、CO、CH4和懸浮微粒，造成紅外線衰減應選擇較干燥的時間，且濕度不超過85%檢測距離盡量縮短防止發(fā)射率的影響防止電力設備運行狀態(tài)的影響第34頁,共54頁，2024年2月25日，星期天第35頁,共54頁，2024年2月25日，星期天采用紫外成像技術檢測電力設備放電故障第36頁,共54頁，2024年2月25日，星期天太陽盲區(qū)與紫外成像原理太陽盲區(qū)：紫外線(UV)波段內一狹窄的、特定的光譜段(240~280nm)。在此光譜段內，由太陽輻射到達地面的紫外線份量極低，絕大部分被臭氧層吸收電氣設備發(fā)生放電時產生的紫外線：波長處于太陽盲區(qū)內。第37頁,共54頁，2024年2月25日，星期天紫外線成像儀的工作原理紫外光紫外圖象信號UV濾片紫外線探測器第38頁,共54頁，2024年2月25日，星期天紫外成像技術的具體應用檢測不受日光干擾成像儀具有方便、實用、靈活、多變的圖像記錄和顯示功能，并能適應各種檢測環(huán)境第39頁,共54頁，2024年2月25日，星期天污染高壓輸電線上發(fā)生電暈的紫外圖象第40頁,共54頁，2024年2月25日，星期天絕緣子串發(fā)生電暈時的紫外圖象第41頁,共54頁，2024年2月25日，星期天合成絕緣子干閃的紫外圖象第42頁,共54頁，2024年2月25日，星期天合成絕緣子濕閃的紫外圖象第43頁,共54頁，2024年2月25日，星期天合成絕緣子污閃的紫外圖象第44頁,共54頁，2024年2月25日，星期天SF6氣體檢漏的激光成像原理SF6氣體具有極強的紅外吸收特性，產生泄漏時，造成反向散射激光產生差異，最終引起激光成像出現不同，由此可以發(fā)現有無SF6氣體泄漏激光成像技術在SF6氣體泄漏檢測中的應用第45頁,共54頁，2024年2月25日，星期天激光成像技術檢測SF6氣體泄漏的特點設備帶電運行時就可進行實時檢測非接觸式、遠距離檢漏，最遠距離可達15-30m檢漏精度高，可探測到0.002毫升/秒的泄漏率，便于快速、準確地找出泄漏點第46頁,共54頁，2024年2月25日，星期天SF6氣體激光成像檢漏示例SF6氣體檢漏激光成像系統(tǒng)

SF6斷路器檢漏場景第47頁,共54頁，2024年2月25日，星期天7籠型異步電機故障的信息融合診斷方法第48頁,共54頁，2024年2月25日，星期天7.1籠型異步電機故障定子鐵芯故障鐵芯短路、振動…繞組絕緣故障老化、磨損、過熱、受潮、污染、電暈…轉子故障轉子氣隙偏心、籠條斷裂（斷條）、端環(huán)開裂…常見故障轉子偏心、斷條、端環(huán)開裂和繞組過熱（匝間短路）第49頁,共54頁，2024年2月25日，星期天轉子斷條故障的特征頻率定子電流中出現邊頻分量：式中，轉差率s＝（n1-n）/n1×100％電機磁場旋轉速度n1＝60f1/p轉子轉速n（r/min）p為電機磁場極對數f1為電源基頻k為正整數其它檢測方法振動、軸向磁通、轉速波動等方法第50頁,共54頁，2024年2月25日，星期天氣隙偏心故障的特征頻率氣隙偏心:氣隙磁場的不對稱分布簡化的氣隙偏心故障特征頻率判據

轉子旋轉頻率fr＝（1-s）f1/p，m為正整數

氣隙偏心故障還會造成電機