浅谈工业电气中的红外成像技术.docx

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1、浅谈工业电气中的红外成像技术摘要红外成像技术在电力系统中应用非常广泛，具有电流、电压致热效 应或其他致热效应的各电压等级设备，包括电机、变压器、开关、套管、电容 器、避雷器、电缆、母线、绝缘子、组合电器、低压电器及二次回路等，均可 通过红外成像技术发现和诊断设备故障，其起着其它监测手段不可替代的作 用。关键词红外成像；电气设备；应用目录前言21 .红外成像技术原理： 22 .红外成像技术特点：33 .红外热成像在工业领域中的应用优势34 .红外热成像仪在电子工业检测的特点45 .红外成像技术应用45.1. 检测要求及周期45.2. 判断方法65.3. 3.具体应用66 .红外热成像技术在LED

2、产品实例76.1. 研发方面76. 1. 1. LED模块驱动电路76. 1. 2. LED光源半导体芯片发热76. 2.品质管理76. 2. 1.半导体照明：封装LED均匀性76. 2. 2. LED检测芯片封装前的温度管理76.3.应用案例76. 3. 1.德图红外热像仪-应用于工业制造行业77. 3. 2.上海巨哥电子科技有限公司-电子行业的电路板检测88. 3. 3. flir one pro 红外热成像仪89. 3. 4.格物优信手持红外热成像仪97 .红外热成像技术发展趋势98 .结论9参考文献9刖百红外热成像技术可用于建筑检测、石油化工设备检测、采矿以及工业生产 制造过程控制。红

3、外成像技术可以通过建筑物表面的温度分布情况，检测不良绝缘，电气 故障，渗水，管道输送，虫蚀，霉菌等肉眼无法察觉的建筑缺陷；可以帮助油 气公司以非接触的方式测量油箱液位，区分具有比热特性的不同密度液体或固 体之间的微小温度变化；可以检测从矿石中提取矿物的过程并协助机电系统运 维。在制造业中，由于烟雾的阻碍很多生产过程无法通过肉眼监控，红外热成 像系统解决方案可测潮湿和污染、材料的厚度以及复合材料结合的紧密度，协 助在生产的前期环节检测出生产的产品是否合格。伴随着现代化制造业产业结构调整和转型升级的深入，“机器换人”是普 遍趋势，红外与机器视觉的碰撞使红外的工业应用将更具想象力。机器视觉是 一种为

4、自动化检测、过程控制和机器人导航等应用提供基于图像的自动检测和 分析的技术和方法，运行步骤包括图像成像、图像的自动分析和所需信息的提 取。其中成像方式除可见光外，还有红外成像、X光成像、超声成像、微波成 像等。随着各类技术的不断完善，机器视觉的应用从工业电子装配缺陷检测， 逐步推广到汽车制造、食品监控、纺织加工等多个领域。AIOT, 5G新技术应 用加持下机器视觉将会有更大发展，红外探测器作为图像和温度基础之一将面 临更大的机会。红外成像技术是不接触电气设备，在不停电的情况下进行电气设备故障检 测和诊断的现代化手段。本文主要介绍红外成像技术在电气设备监测和故障诊 断中的应用。1 .红外成像技术

5、原理：红外热像仪是一种新型的光电探测设备，此技术是利用物体辐射出不同波 长的红外线原理，将被测目标表面的热信息瞬间可视化，确定故障部位，并且 在专业的分析软件帮助下，进行分析完成安全检测和电气预防性维护工作，这 就是电力设备红外监测和故障诊断的基本原理。2 .红外成像技术特点：红外成像仪能很清晰地显示设备的温度场，对设备的整体发热情况作很直 观的观察，对同一设备的不同点温度的异常也能很快发现，它具有稳定、可 靠、测温迅速、分辨率高、直观、不受电磁干扰以及信息采集、存储、处理和 分析方便等优点。红外成像采用非接触性测量，测量时可距被测设备几米甚至 几十米，因此对工作人员十分安全；不需设备停电，它

6、可以在设备正常运行的 情况下直接测量，特别是高电压设备，也易于进行计算机分析、实施状态性检 修，还可以利用软件进行分析比较，做出可靠的判断。3 .红外热成像在工业领域中的应用优势随着红外热成像的广泛应用，也呈现了诸多明显优势：1)采用先进的非接触式红外探测技术，快速、准确、方便、直观地显示被 测物体表面温度场的分布，测量出物体的表面温度。不需要直接接触被测物体 的表面，就能快速测试物体表面温度读数，并能可靠地测量热的、危险的或难 以接触的物体表面温度。红外热像仪测量速度非常快，可以直观、连续地测试 物体表面的温度变化。2)红外热成像技术应用非常广泛，比如在建筑、消防、汽车、工业、医学 领域等。

7、尤其在工业制造及检测上，红外热检测技术以其特有的非接触、实时 快速、形象直观、准确度高及适用面广等优点,备受用户青睐。目前在工业生产 过程,产品质量控制和监测,设备的在线故障诊断和安全防护以及节约能源等方 面,红外检测技术都发挥着非常重要的作用。在工业制造及检测上，红外热成像检测是一项越来越被肯定的技术：(1)通过对设备表面温度分布的测量，可以很直观的看出物体发热部位的位 置和分布并能分析设备内部热损耗部位和性质，从而判断该设备的健康状态。 热点温度直观显示，热图像清晰，能储存和打印。(2)具有定性成像与定量测量的双重功能，能够辨别很小的温差。实时热图 像能够清晰显示在屏幕上，为建立热图像数据

8、库提供了条件，实现了图像采 集、储存、分析于一体的功能。(3)用红外热成像仪检测设备，属于远距离非接触式的扫描巡检，可以保证 人身安全和设备的正常运转不会影响现场的正常生产。4 .红外热成像仪在电子工业检测的特点1、可随时监测，不接触、不停电、不取样、不解体；2、可实现快速扫描成像，图像显示快捷、灵敏、形象、直观，监测效率 高，劳动强度低；3、采用被动式检测，不影响目标电路板工作状态，简单方便；4、方便计算机分析，容易实现智能化管理；5、红外诊断使用面广，效益、投资比高；6、红外检测有利于实现电子电路集成的状态管理；7、红外在线监测不需要元器件详细的资料图，检测人员不仅不需要具有 很强的专业技

9、能，也不需要对电路进行深入分析，就能快速准确的判断出现故 障的元器件或者电路回路，而且可以根据制定的红外故障标准及时诊断出隐患 故障，因而能够有效避免电子设备的突然故障；8、操作简单方便、安全性高，在带电检测的场合，红外检测不仅安全方 便，而且对检测条件和环境要求也不高。5.红外成像技术应用发热常常是设备损坏或功能故障的早期征兆，近年来，利用红外成像技术 进行监测和故障诊断，发现了大量的电气设备缺陷，如隔离开关发热，断路器 内部故障发热，变压器和电抗器套管内故障发热，高压电缆接头发热、高压电 机线棒故障、互感器缺油等。另外红外成像技术的应用，不仅替代了母线零值 绝缘子串的带电检测，还可对避雷器

10、进行在线检测。我们知道，电介质在高温 状态下耐热性、稳定性劣化，如长期在高温状态下运行，会发生击穿现象，从 而丧失它的电气绝缘性能。因此通过监视设备性能并在需要时安排维护、检 修，可降低因设备故障而发生的非计划性停产的可能性，减少维护费用和设备 维修的成本，延长设备资产的寿命，并最大限度地提高维护效果和生产能力。5.1. 检测要求及周期被检测设备应为带电运行设备（设备通电时间不小于6h,最好在24h以 上），应尽量避开视线中的封闭遮挡物，如门和盖板等。环境温度一般不低于5,相对湿度一般不大于85%；天气为阴天、夜间 或晴天日落2h后，夜间图像质量为佳；不应在雷、雨、雾、雪等气象条件下 进行，检

11、测时风速一般不大于5ms户外晴天要避开阳光直接照射或反射进入仪器镜头，在室内或晚上检测应 避开灯光的直射，宜闭灯检测。检测电流致热型设备，最好在高峰负荷下进行。否则，一般应在不低于 30%的额定负荷下进行，同时应充分考虑小负荷电流对测试结果的影响。正常运行变（配）电设备的检测应遵循检修和预试前普查、高温高负荷等情 况下的特殊巡测相结合的原则。一般220kV及以上交（直）流变电站每年不少于 两次，其中一次可在大负荷前，另一次可在停电检修及预试前，以便使查出的 缺陷在检修中能够得到及时处理，避免重复停电。IlOkV及以下重要变（配）电站每年检测一次。对于运行环境差、陈旧或有缺陷的设备，需适当增加检

12、测次数。新建、改扩建或大修后的电气设备，应在投运带负荷后不超过1个月内（但 至少在24h以后）进行一次精确检测，对原始数据及图像进行存档。建议每年对33OkV及以上（有条件的单位可开展22OkV及以下设备）变压 器、套管、避雷器、电容式电压互感器、电流互感器、电缆头等电压致热型设 备进行一次精确检测，做好记录，并将测试数据及图像存入红外数据库，进行 动态管理。输电线路的检测一般在大负荷前进行。对50OkV以上架空线路和重要的 220（330）kV架空线路接续金具，每年宜检测一次；IlOkV线路和其他的 220（330）kV线路，可每两年进行一次。新投产和做相关大修后的线路，应在 投运带负荷后不

13、超过1个月内（但至少24h以后）进行一次检测。对于线路上的瓷绝缘子及合成绝缘子，有条件和经验的也可进行检测。对正常运行的电缆线路设备，主要是电缆终端，IlOkV及以上电缆每年不 少于两次；35kV及以下电缆每年至少一次。对重负荷线路，运行环境差时应适当缩短检测周期。旋转电机运行中的检测主要包括碳刷及出线母线的检测，可每年一次，或在机组检修前。进行定子铁芯损耗试验时，应使用红外热像仪进行温度分布测量。必要时可利用红外热像仪进行定子绕组接头的开焊、断股缺陷的查找，以 及用于线棒通流试验的检查。5. 2.判断方法判断方法有表面温度判断法、同类比较判断法、图像特征判断法、相对温 差判断法等。通过这些方

14、法诊断分析故障原因，采取适当的处理，消除设备隐 患。5. 3.具体应用(1)电气设备运行状态检测与分析。(2)电气接头、线夹、引线氧化腐蚀、接触不良缺陷。(3)隔离刀闸刀口与触片以及转动帽与球头结合不良缺陷。(旬互感器绝缘不良缺陷、缺油以及内中心铁芯、线圈异常不良过热缺陷。(5)电容器过热、耦合电容器油绝缘不良和缺油(低油位)缺陷。(6)避雷器内中心受潮缺陷、内中心元件老化或非线性特性异变缺陷。(7)绝缘瓷瓶表面污秽缺陷，零值绝缘子检测，劣化瓷瓶检测。(8)发电机运行状态检测、电刷与集电环接触状态检测、内中心过热检测。(9)电力变压器箱体异常过热，涡流过热，高、低压套管上、下两端连接不 良以及

15、充油套管缺油(低油位)缺陷。(Io)各类电动机轴瓦接触不良以及本体内、外中心异常过热。(11)高压开关触头接触不良缺陷。(12)大型电动机直阻超标故障的查找。例如给水泵电机(250OkW600OV)直阻互差超标检查。高压电动机特点是接 头数量繁多，另一个重要特点是外面包有很厚的绝缘层，很难查出过热故障 点，如不查出局部过热会导致股线绝缘的胶和剂加速分解老化变脆，导致绝缘 分层，形成气隙，严重时丧失线棒整体性，在电磁力的作用下引起振动，形成 股线短路断股并磨损绝缘，最后醇致绝缘击穿。我们运用红外成像技术在故障 相施加160A电流持续20分钟，很快成功的查找到了过热点，拆开绕组绝缘 发现此故障属于端部断股缺陷，通过焊接处理后，直阻合格，运行良好。另外，还能在保温方面、阀门内漏方面、凝汽器管子找漏方面有良好应 用。6.红外热成像技术在LED产品实例6. 1.研发方面6. L L LED模块驱动电路在LED产品研发中，需要工程师进行一部分驱动电路设计，例如整流器电 路模块。利用热像仪，工程师可以迅速而便捷地发现电路上温度异度之处，便 于完善电路设计。6.L 2.LED光源半导体芯片发热利用热像仪，工程师可以根据得到的光源半导体芯片发热红外热图，分析 出其芯片在工作时的温度，以及温度的分布情况，在此基础，达到提高LED产 品寿命的目的。6