紅外熱像應用儀在電力領域的應用

變電設備狀態維護—局部放電紫外檢測技術
由于電力需求日益增加，使得電力設備所使用的絕緣材料所承受的電氣壓力與日俱增，設備使用的壽命往往取決于絕緣材料的絕緣強度。電力設備由于運轉 操作、使用年數、使用頻度及使用環境等影響，會逐年發生裂化，進而發生故障或事故，世界各國都投入大量的人力從事設備維護及研究故障預測的診斷技術。
早期變電所設備維護采用事后維護，即發生故障后才進行修理。后來發展為預防維護，即事先安排一定時間進行大修或更換零件，以防止突發事故。近而采用預知維護，從設備外部發覺異常征兆，事先預知其嚴重性，在未發生故障前予以處理。
變電設備維護檢測方法
一, 方法簡介
變電設備是由機械、電氣、化學等系統組合而成，因此用多項試驗來分析設備的異常情況。一般變電設備預知診斷維護技術都先利用不停電方式檢測設備有無異常，如發現異常狀況再進一步作停電檢測。電力公司現行不停電檢測方式（Non-outage Tests）包括：
1, 紅外線測溫（Infra-red Emissions）；
部分放電檢測（Partial Discharge）；
3, 油中氣體分析（Dissolved Gas Oil Analysis）；
4, 震動分析（Vibration Analysis）；
5, 有載分接頭切換器檢測（Tap Changer/ Selector Condition）；
6, 箱體狀態（Tank Condition）；
7, 油中含水量分析（Water Content Analysis）；
8, 紫外線電暈檢測（Ultraviolet Emissions）。
總體而言，變電設備不停電預知診斷監測系統的技術障礙在過去幾年來已經逐漸克服，而且價格也逐漸降低，然而準確性與成本效益仍然是各電力公司考慮的主要因素。
變電設備維護方式也可分為兩種，一種為定期維護（Time Based Maintenance, TBM）,也是傳統維護作業方式，依據設備制造商或電力公司規定的維護周期，定期實施維護作業，人力花費較多且要安排停電作業；另一種方式為狀態維護（Condition Based Maintenance, CBM）,可在不停電情況監測設備運轉狀態，如果發現異常，及時實施維護工作，可減少工作停電及維護人力，有效防范事故發生。
二、不停電預知維護目的：
1， 評估設備使用狀況
2， 減少維護費用
3， 預估設備使用壽命
4， 提升工作人員安全
5， 收集第一手資料，積累數據
三、不停電預知維護技術：
1. 應用多重技術（Multi-Technology ）
2. 資訊整合技術（Information Integration）
3. 決策與行動（Decision Making & Action）
四、部分放電檢測
變電設備的絕緣體存在微小洞隙、劣痕或其他弱點時，受電場的影響就會加速游離而產生部分放電現象。由于在兩電極間并未構成橋式完整連續性放電，而僅在電極間的一部分形成微小放電，故稱為部分放電。由于部分放電現象在微小的空間內會產生能量損失及熱量，導致絕緣材料的裂化，長時間后導致絕緣破壞，造成設備故障而影響供電品質。部分放電的定量性測試有兩大主流，歐洲與日本多采用國際電工委員會（International Electrotechnical Commission, IEC）IEC 60270標準所推薦，測量部分放電脈波的放電電荷量而以PC（pico coulomb）值表示。美國與加拿大則多用美國國家電機制造協會（National Electrical Manufactures Association, NEMA）的標準，測試無線電干擾電壓（radio influence voltage, RIV）,而以μV表示，部分放電經常會伴隨聲音、光、熱、化學反應，可通過儀器測量等現象來判斷部分放電。
紫外線電暈檢測
一、紫外線電暈檢測
電暈放電（corona）是一種局部化的放電現象（localized discharge）,是由于絕緣系統的局部電壓應力超過臨界值所產生的氣體電離化（gaseous ionization）現象。因此，電暈放電一般是指存在導體表面的氣體放電現象，當帶電體表面電位梯度超過空氣的絕緣強度（約30 kV/cm）時，會使空氣游離而產生電暈放電現象，特別是高壓電力設備，其常因設計、制造、安裝及維護工作不良而形成電暈放電問題。
目前商業化的紫外線電暈影響儀器是針對紫外光譜進行偵測，通常用來檢測被測物電暈或表面放電所產生的紫外線以發現電暈放電問題。一般在室內晚間沒有太陽光的干擾下，效果顯著。在白天有太陽光干擾的環境下，必須采用含特殊濾波技術的檢測儀器，針對太陽盲光（Solar-Blind）波段240~280nm進行感測，使電暈放電檢測工作避免受到太陽輻射的干擾。另外，雙頻譜影象機器使用陽光盲帶UV濾波器技術，同時偵測電暈影象及周圍環境視覺影象，可應用于偵測及定位高壓電力設備的電暈。其中視覺通道用于定位電暈，紫外線（Ultraviolet, UV）通道用于偵測電暈。紫外線電暈成像檢測電暈放電的實際案例如下圖片：


由于電氣的電暈放電是在UV頻譜范圍內，且電暈放電的溫度梯度很小，無法用紅外線成像作測量，因此，使用UV原理測量有其優勢。紫外成像儀器具有下列優點：
1， 用偵測陽光盲帶的電暈法，因此不受環境的陽光輻射影響。
2， UV偵測器有較高的靈敏度，即使微弱的UV信號也可偵測出，可在白天顯示影象。
3， 受環境干擾小，可在白天、下雨天、濃霧下作測量。
4， 可應用于影象及紫外線雙頻譜攝影機。
未來紫外技術檢測缺陷，很有應用前景與潛力。
二、紫外檢測技術具體應用
隨著電力系統的電網規模的不斷擴大、電力負荷要求的不斷提高，電力系統中使用的各種類型的高壓設備的損壞、故障也不斷增加，相應對預防性維護的要求也不斷提高。輸供電線路和變電站配電等設備在大氣環境下工作，在某些情況下隨著絕緣性能的降低、出現結構缺陷，或表面局部放電現象，電暈和表面局部放電過程中，電暈和放電部位將大量輻射紫外線，這樣便可以利用電暈和表面局部放電的產生和增強間接評估運行設備的絕緣狀況和及時發現絕緣設備的缺陷。目前，可用于診斷目的的放電過程的各種方法中，光學方法的靈敏度、分辨率和抗干擾能力最好。即采用高靈敏度的紫外線輻射接受器，記錄電暈和表面放電過程中輻射的紫外線，再加以處理、分析達到評價設備狀況的目的。預防，減少設備發生故障造成的重大損失，具有很大的經濟效益。
1， 1、檢查發現劣化絕緣子（陶瓷、復合、玻璃絕緣子）的缺陷、表面放電和污染；
2， 2、導線架線時拖傷、運行過程中外部損傷（人為砸傷）、斷股、散股檢測。導線表面或內部變形都可產生電暈；
3， 3、電力工程質量檢測（安裝不當、接地不良等）；
4， 4、檢查高壓設備的污染程度。污染物通常表面粗糙，在一定電壓條件下會產生放電，如絕緣子表面因污染會產生電暈。導線的污染程度、絕緣子上污染物的分布情況等，都可以利用該技術有效的進行分析；
5， 5、運行中絕緣子的劣化以及復合絕緣子及其護套電蝕檢測。絕緣子的裂紋可能會構成氣隙，絕緣子的劣化導致表面變形，在一定的條件下都會產生放電。當絕緣子表面形成導電的碳化通道或者侵蝕裂紋時，合成材料支柱式絕緣子的使用壽命大大降低。形成碳化通道或者裂紋以后，絕緣子的故障是不可避免的，而且可能會在短期內發展成絕緣子擊穿事故。利用紫外成像技術在某些情況下還可以發現支撐絕緣子的內部缺陷，可在一定靈敏度、一定距離內對劣化的絕緣子、復合絕緣子和護套電蝕檢測進行定位、定量的測量，并評估其危害性；
6， 6、高壓產品的絕緣缺陷檢測。紫外成像的檢測結果還可為電力產品的絕緣診斷與壽命預測提供大量信息，可以建立綜合檔案資料，以便更好的診斷分析；
7， 高壓變電站及線路的整體維護。傳統的放電異常判別方法有聽聲音（包括超聲波故障檢測）和夜間觀察放電等。由于很多設備的放電并不影響其正常運行，所以聽聲音的方法無法排除干擾因素和主觀因素，且受檢測距離的限制。如果絕緣設備在夜間發出可見光，放電已經十分嚴重了。很多事故正是在絕緣設備未見可見光放電的情況下突然閃絡擊穿引起的。
8， 大型發電機定子線棒端部和槽壁電暈放電檢測；
9， 尋找無線電干擾源。高壓設備的放電會產生強大的無線電干擾，影響到附近的通訊、電視信號的接收等，使用紫外成像技術可迅速找到無線電干擾源；
10， 10在高壓電器設備局部放電試驗中，利用紫外成像技術尋找或定位設備外部的放電部位，以及設備內部和外部放電，或消除外部干擾放電源，提高局部放電試驗的有效性。
三、以色列OFIL公司¬—全球頂尖的紫外檢測儀器
SuperB紫外電暈成像儀是由以色列Ofil 和美國電力科學研究院（EPRI）共同研發的最新系列，用于檢測和定位高壓設備電暈、電弧和局部放電。它作為預維護和診斷工具可以使用于輸供電線路和變電站配電設備上。它獨特的技術使得可以在明亮的日光下觀測到電暈現象。它多種靈活的特性可以在不同形式下使用——航空器、車載式和手持式。它的高靈敏度和可靠性使得該設備已經在全球上百家高壓實驗室、研究院和服務機構使用。EPRI對SuperB進行了大量的應用研究和現場測試，使得SuperB成為了電力設施預維護必不可少的工具。現在EPRI推出了由Andrew Phillops博士編撰的“架空輸電線路電暈和電弧檢測指南”。以色列OFIL公司紫外成像技術無論在基礎理論研究和應用中都處于世界領先地位。
0fil公司2006年推出最新系列產品：
SuperB 型，適用于常規巡檢；
Rom型，機載系統，適用于直升飛機檢測；
Ranger 型，車載系統，適用于汽車巡檢；
Rail型，適用于鐵路電氣檢測；
Classic 型，適用于電機定子的檢測。


SuperB紫外成像儀有兩個通道：紫外線（UV）和可見光。UV通道用于電暈成像，可見光用于拍攝環境（絕緣體、電流器、導線等）圖片。兩中圖片可以重疊生成一幅圖片用于同時觀察電暈和周圍環境情況。因此，它可以檢測電暈并清楚地顯示電暈源的精確位置。
UV通道工作波段采用太陽盲區UV-c中的240-280nm波段，該波段不受太陽輻射的干擾。在太陽盲區波段臭氧吸收太陽光輻射，阻止其進入地球，因此電暈信號可以在白天獲取并成像。UV通道的特殊紫外濾鏡由Ofil發明，具有較大的光收集區域，FOV為50 x 3.750。

四、OFIL公司紫外成像儀獨一無二的技術性能：
紫外光信道的光學特性（UV-Optical Properties）
紫外鏡頭設計
紫外光收集面積 屬Cathadeoptric lens類型的反射式緊湊鏡頭
19平方公分（為了最高的靈敏度而設計）
抗太陽光干擾能力 絕對在任何陽光強度及天氣條件下，可以觀看太陽在市場中的【目標物】
紫外靈敏度
電暈檢測靈敏度
可調校紫外增益
視場角度（水平H×垂直V）
檢測頭壽命9) 3×10-18瓦特/平方公分
1.5～2微微庫倫（pC）（8米外觀測）
分25級，以增強可檢測
5度×3.75度
全無衰老，因DaycorⅡ是絕對日盲的
對焦模式

對焦距離 紫外及可見光通道可以同時自動調焦
紫外可見光通道可以手動調焦
3米至無限遠
可見光信道的光學特性（Visible-Optical Properties）
紫外/可見光影響重迭/準確性 0.5milli-radian(毫弧度)
可見光靈敏度
視訊標準


可見光變焦 1 Lux
完全符合PAL或NTSC標準
NTSC:768（H）×494（V）
PAL：752（H）×582（V）
25倍光學×12倍數碼
曝光操控：
自動曝光
手動曝光 全自動的曝光及增益操控無論在強光還是弱光下都能達到優化的檢測效果
由1/3秒(PAL制)或1/4秒（NTSC）制至1/10000秒（強光背景時）。手工操控可做背光補償及應用在極端的照明條件下，容許抵擋極強的背景光。
五、紫外成像檢測技術前景展望
紫外成像檢測技術因其直觀高效的檢測方式，越來越受到廣大電力用戶的重視。國內現有階段處于常規檢測、做試驗，積累數據的摸索階段；基本所有實力較大的電力科學研究院都已經購置了紫外成像儀器設備，作為領域內的一項專門科研課題；幾大電力公司已經購置紫外成像儀作為常規檢測工具；但是目前基本處于定位分析階段，積累寶貴的經驗數據。為未來狀態維護系統的實現，打下了堅實的基礎。
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。