電力系統(tǒng)在線監(jiān)測與故障診斷課件-第九章紅外監(jiān)測與故障診斷

第九章

紅外監(jiān)測與故障診斷方瑞明博士/教授Email:fangrm@一、紅外診斷基礎

1.紅外線位置2.紅外測溫具有下列特點(1)測溫范圍廣；-170℃～+3200℃。(2)測溫精度高：可分辨0.01K或更小。 (3)反應速度快：可在幾毫秒內測出物體的溫度。(4)可測小目標：最小可測出直徑為7.5um的目標溫度。(5)不接觸被測物體，不破壞其溫度場。(6)測距可遠可近。3.

紅外測溫與接觸測溫性能比較

項目紅外測溫接觸測溫測溫要求（1）知道被測物的發(fā)射率（2）被測物的輻射能充分抵達紅外探測器（3）消除背影噪聲（1）測溫設備與被測物間良好接觸（2）接觸測溫時，被測物溫度不應有顯著變化優(yōu)點（1）非接觸，對被測物體無影響（2）可測運動中的物體（3）可測瞬態(tài)溫度（4）可對點、線、面測溫（5）可測絕對溫度，也可測相對溫度（1）可測物體內部溫度（2）要求精度高時，測溫要求較簡單缺點（1）僅測表面溫度（2）要求精度高時，測溫要求嚴格（1）對小目標的溫度不能測（2）不能測運動中的目標（3）不適于測瞬態(tài)溫度（4）測溫范圍不夠寬（5）在生產(chǎn)過程中，不便于同時測多個目標4.紅外熱像儀紅外熱像儀（熱成像儀或紅外熱成像儀）：是通過非接觸探測紅外能量（熱量），并將其轉換為電信號，進而在顯示器上生成熱圖像和溫度值，并可以對溫度值進行計算的一種檢測設備。紅外熱像儀能夠將探測到的熱量精確量化，不僅能夠觀察熱圖像，還能夠對發(fā)熱的故障區(qū)域進行準確識別和嚴格分析。紅外熱像儀基本原理框圖二、紅外診斷技術1.紅外診斷技術的構成一臺運轉中的設備，當其零部件產(chǎn)生故障時，設備的整體或局部的熱平衡會受到破壞或影響，設備內部的熱必然逐步到達其外部表面，導致外表溫度場分布的變化。紅外檢測技術捕捉到這些紅外輻射的信息，通過檢測結果總結分析，可以發(fā)現(xiàn):不同部位有不同的溫度界限，同一部位在不同故障情況下有不同的溫度等級。確診出設備的故障性質、部位和程度，進而預測故障發(fā)展趨勢和設備的壽命。如圖所示紅外診斷技術的構成2.紅外熱像儀的測溫方法1．模擬量測溫方法較早期的紅外熱像儀，利用熱像儀輸出的視頻模擬信號測量物體的溫度，實質上就是測量物體視頻信號的幅度。2．智能化測溫方法運用微處理機,擺脫模擬量的非線性校正和疊加的繁瑣過程。通過多路模擬開關和A/D轉換器分別獲得被測物體圖像信號電壓與參考黑體溫度電壓的數(shù)值;然后根據(jù)各自的函數(shù)關系進行計算；比模擬量方法精確3．軟件化測溫方法配置有完整的圖像處理系統(tǒng)，它包括相應的硬件和軟件。利用該軟件，測量并顯示出目標及其熱圖像上任意位置點溫度值的精確結果和區(qū)域分析結果等。

三、電機紅外診斷實例1.電機故障的產(chǎn)生、特征與發(fā)展-以發(fā)電機為例

實例1.發(fā)電機定子線棒接頭故障診斷（1）基本原理繞組有電阻，通電發(fā)熱當發(fā)電機容量確定后，線棒固有電阻即為定值。大型發(fā)電機，每相繞組線棒接頭可達上千個，如果各接頭接觸電阻彼此不等，其中焊接不良的接頭必然接觸電阻大、發(fā)熱量多和溫升也高。因此，定子線棒焊接質量的紅外診斷，實質上就是在向定子某一支路（或一相）繞組通入相同電流的條件下，用紅外熱像儀測量和比較各接頭溫度（或溫升）來進行判別的。實例1.發(fā)電機定子線棒接頭故障診斷圖

實測一臺50MW水輪發(fā)電機定子線棒接頭溫度分布直方圖最右力部分為高溫實例1.發(fā)電機定子線棒接頭故障診斷（2）判據(jù)屬于以下情況之一的線棒接頭應該判為焊接質量不合格（或已出現(xiàn)焊接故障）1）熱像不連續(xù)且溫升超過平均溫升10℃者；或溫升超過平均溫升10℃，且在溫度分布直方圖中遠離溫度連續(xù)分布區(qū)的接頭。2）當已知接頭絕緣層內外表面溫度降時，在額定電流下，線棒接頭表面溫度推算到接頭內的溫度值超過110℃者。（3）發(fā)電機定子線棒接頭焊接故障熱像圖

實例2.

定子鐵心故障的紅外診斷發(fā)電機定子鐵心故障主要是鐵心局部短路，這些短路點多數(shù)出現(xiàn)在定子齒部表面，也有些在槽部，但很少發(fā)生在鐵心內部和軛背。實例2.

定子鐵心故障的紅外診斷（1）定子鐵心故障的紅外檢測方法在運行狀態(tài)下，發(fā)電機定子鐵心封閉在機殼內，無法進行在線監(jiān)測；只能在靜態(tài)下抽出轉子，外施電源勵磁，使定子鐵心磁通密度接近額定值，借助鐵損產(chǎn)生的溫升進行鐵心故障的紅外檢測。具體方法：通入的勵磁電流應可使鐵心產(chǎn)生約1.0T的磁通密度；測量鐵心在圓周方向的磁通密度分布并作出曲線，利用原有鐵心和線棒溫度測點監(jiān)視和控制鐵心溫度不得超過允許值(105℃)。在磁通密度1.0T下持續(xù)試驗時間為90min，如果故障點不能明顯暴露出來，試驗磁通密度可增大到1.4T，持續(xù)時間為45min。實例2.

定子鐵心故障的紅外診斷（1）定子鐵心故障的紅外檢測方法水輪發(fā)電機：定子鐵心軸向較短，直徑很大，可把紅外熱像儀置于鐵心中央，沿鐵心內圓的圓周方向掃描，并記錄掃描熱像。把這些熱像連接起來，相當于定子鐵心內圓展開從施加勵磁時開始測試，每隔30min測量一次，直至溫升接近穩(wěn)定時為止。汽輪發(fā)電機定子鐵心軸向較大、直徑較小，熱像儀置于鐵心兩端，對著鐵心內圓掃描，記錄整個鐵心內圓的熱像。把這些熱