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(chǔ)

1.紅外線位置2.紅外測溫具有下列特點(diǎn)(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(yīng)速度快：可在幾毫秒內(nèi)測出物體的溫度。(4)可測小目標(biāo)：最小可測出直徑為7.5um的目標(biāo)溫度。(5)不接觸被測物體，不破壞其溫度場。(6)測距可遠(yuǎn)可近。3.

紅外測溫與接觸測溫性能比較

項(xiàng)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(dá)紅外探測器（3）消除背影噪聲（1）測溫設(shè)備與被測物間良好接觸（2）接觸測溫時(shí)，被測物溫度不應(yīng)有顯著變化優(yōu)點(diǎn)（1）非接觸，對(duì)被測物體無影響（2）可測運(yùn)動(dòng)中的物體（3）可測瞬態(tài)溫度（4）可對(duì)點(diǎn)、線、面測溫（5）可測絕對(duì)溫度，也可測相對(duì)溫度（1）可測物體內(nèi)部溫度（2）要求精度高時(shí)，測溫要求較簡單缺點(diǎn)（1）僅測表面溫度（2）要求精度高時(shí)，測溫要求嚴(yán)格（1）對(duì)小目標(biāo)的溫度不能測（2）不能測運(yùn)動(dòng)中的目標(biāo)（3）不適于測瞬態(tài)溫度（4）測溫范圍不夠?qū)挘?）在生產(chǎn)過程中，不便于同時(shí)測多個(gè)目標(biāo)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(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)而在顯示器上生成熱圖像和溫度值，并可以對(duì)溫度值進(jìn)行計(jì)算的一種檢測設(shè)備。紅外熱像儀能夠?qū)⑻綔y到的熱量精確量化，不僅能夠觀察熱圖像，還能夠?qū)Πl(fā)熱的故障區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別和嚴(yán)格分析。紅外熱像儀基本原理框圖二、紅外診斷技術(shù)1.紅外診斷技術(shù)的構(gòu)成一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)中的設(shè)備，當(dāng)其零部件產(chǎn)生故障時(shí)，設(shè)備的整體或局部的熱平衡會(huì)受到破壞或影響，設(shè)備內(nèi)部的熱必然逐步到達(dá)其外部表面，導(dǎo)致外表溫度場分布的變化。紅外檢測技術(shù)捕捉到這些紅外輻射的信息，通過檢測結(jié)果總結(jié)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(jí)。確診出設(shè)備的故障性質(zhì)、部位和程度，進(jìn)而預(yù)測故障發(fā)展趨勢(shì)和設(shè)備的壽命。如圖所示紅外診斷技術(shù)的構(gòu)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(hào)測量物體的溫度，實(shí)質(zhì)上就是測量物體視頻信號(hào)的幅度。2．智能化測溫方法運(yùn)用微處理機(jī),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(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器分別獲得被測物體圖像信號(hào)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(guān)系進(jìn)行計(jì)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(yīng)的硬件和軟件。利用該軟件，測量并顯示出目標(biāo)及其熱圖像上任意位置點(diǎn)溫度值的精確結(jié)果和區(qū)域分析結(jié)果等。

三、電機(jī)紅外診斷實(shí)例1.電機(jī)故障的產(chǎn)生、特征與發(fā)展-以發(fā)電機(jī)為例

實(shí)例1.發(fā)電機(jī)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(dāng)發(fā)電機(jī)容量確定后，線棒固有電阻即為定值。大型發(fā)電機(jī)，每相繞組線棒接頭可達(dá)上千個(gè)，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(zhì)量的紅外診斷，實(shí)質(zhì)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(jìn)行判別的。實(shí)例1.發(fā)電機(jī)定子線棒接頭故障診斷圖

實(shí)測一臺(tái)50MW水輪發(fā)電機(jī)定子線棒接頭溫度分布直方圖最右力部分為高溫實(shí)例1.發(fā)電機(jī)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(yīng)該判為焊接質(zhì)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(yuǎn)離溫度連續(xù)分布區(qū)的接頭。2）當(dāng)已知接頭絕緣層內(nèi)外表面溫度降時(shí)，在額定電流下，線棒接頭表面溫度推算到接頭內(nèi)的溫度值超過110℃者。（3）發(fā)電機(jī)定子線棒接頭焊接故障熱像圖

實(shí)例2.

定子鐵心故障的紅外診斷發(fā)電機(jī)定子鐵心故障主要是鐵心局部短路，這些短路點(diǎn)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(nèi)部和軛背。實(shí)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(yùn)行狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)定子鐵心封閉在機(jī)殼內(nèi)，無法進(jìn)行在線監(jiān)測；只能在靜態(tài)下抽出轉(zhuǎn)子，外施電源勵(lì)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(jìn)行鐵心故障的紅外檢測。具體方法：通入的勵(lì)磁電流應(yīng)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(diǎn)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(yàn)時(shí)間為90min，如果故障點(diǎn)不能明顯暴露出來，試驗(yàn)磁通密度可增大到1.4T，持續(xù)時(shí)間為45min。實(shí)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(jī)：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(nèi)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(dāng)于定子鐵心內(nèi)圓展開從施加勵(lì)磁時(shí)開始測試，每隔30min測量一次，直至溫升接近穩(wěn)定時(shí)為止。汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心軸向較大、直徑較小，熱像儀置于鐵心兩端，對(duì)著鐵心內(nèi)圓掃描，記錄整個(gè)鐵心內(nèi)圓的熱像。把這些熱