电力系统在线监测与故障诊断课件-第九章红外监测与故障诊断

第九章

红外监测与故障诊断方瑞明博士/教授Email:fangrm@一、红外诊断基础

1.红外线位置2.红外测温具有下列特点(1)测温范围广；-170℃～+3200℃。(2)测温精度高：可分辨0.01K或更小。 (3)反应速度快：可在几毫秒内测出物体的温度。(4)可测小目标：最小可测出直径为7.5um的目标温度。(5)不接触被测物体，不破坏其温度场。(6)测距可远可近。3.

红外测温与接触测温性能比较

项目红外测温接触测温测温要求（1）知道被测物的发射率（2）被测物的辐射能充分抵达红外探测器（3）消除背影噪声（1）测温设备与被测物间良好接触（2）接触测温时，被测物温度不应有显著变化优点（1）非接触，对被测物体无影响（2）可测运动中的物体（3）可测瞬态温度（4）可对点、线、面测温（5）可测绝对温度，也可测相对温度（1）可测物体内部温度（2）要求精度高时，测温要求较简单缺点（1）仅测表面温度（2）要求精度高时，测温要求严格（1）对小目标的温度不能测（2）不能测运动中的目标（3）不适于测瞬态温度（4）测温范围不够宽（5）在生产过程中，不便于同时测多个目标4.红外热像仪红外热像仪（热成像仪或红外热成像仪）：是通过非接触探测红外能量（热量），并将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值，并可以对温度值进行计算的一种检测设备。红外热像仪能够将探测到的热量精确量化，不仅能够观察热图像，还能够对发热的故障区域进行准确识别和严格分析。红外热像仪基本原理框图二、红外诊断技术1.红外诊断技术的构成一台运转中的设备，当其零部件产生故障时，设备的整体或局部的热平衡会受到破坏或影响，设备内部的热必然逐步到达其外部表面，导致外表温度场分布的变化。红外检测技术捕捉到这些红外辐射的信息，通过检测结果总结分析，可以发现:不同部位有不同的温度界限，同一部位在不同故障情况下有不同的温度等级。确诊出设备的故障性质、部位和程度，进而预测故障发展趋势和设备的寿命。如图所示红外诊断技术的构成2.红外热像仪的测温方法1．模拟量测温方法较早期的红外热像仪，利用热像仪输出的视频模拟信号测量物体的温度，实质上就是测量物体视频信号的幅度。2．智能化测温方法运用微处理机,摆脱模拟量的非线性校正和叠加的繁琐过程。通过多路模拟开关和A/D转换器分别获得被测物体图像信号电压与参考黑体温度电压的数值;然后根据各自的函数关系进行计算；比模拟量方法精确3．软件化测温方法配置有完整的图像处理系统，它包括相应的硬件和软件。利用该软件，测量并显示出目标及其热图像上任意位置点温度值的精确结果和区域分析结果等。

三、电机红外诊断实例1.电机故障的产生、特征与发展-以发电机为例

实例1.发电机定子线棒接头故障诊断（1）基本原理绕组有电阻，通电发热当发电机容量确定后，线棒固有电阻即为定值。大型发电机，每相绕组线棒接头可达上千个，如果各接头接触电阻彼此不等，其中焊接不良的接头必然接触电阻大、发热量多和温升也高。因此，定子线棒焊接质量的红外诊断，实质上就是在向定子某一支路（或一相）绕组通入相同电流的条件下，用红外热像仪测量和比较各接头温度（或温升）来进行判别的。实例1.发电机定子线棒接头故障诊断图

实测一台50MW水轮发电机定子线棒接头温度分布直方图最右力部分为高温实例1.发电机定子线棒接头故障诊断（2）判据属于以下情况之一的线棒接头应该判为焊接质量不合格（或已出现焊接故障）1）热像不连续且温升超过平均温升10℃者；或温升超过平均温升10℃，且在温度分布直方图中远离温度连续分布区的接头。2）当已知接头绝缘层内外表面温度降时，在额定电流下，线棒接头表面温度推算到接头内的温度值超过110℃者。（3）发电机定子线棒接头焊接故障热像图

实例2.

定子铁心故障的红外诊断发电机定子铁心故障主要是铁心局部短路，这些短路点多数出现在定子齿部表面，也有些在槽部，但很少发生在铁心内部和轭背。实例2.

定子铁心故障的红外诊断（1）定子铁心故障的红外检测方法在运行状态下，发电机定子铁心封闭在机壳内，无法进行在线监测；只能在静态下抽出转子，外施电源励磁，使定子铁心磁通密度接近额定值，借助铁损产生的温升进行铁心故障的红外检测。具体方法：通入的励磁电流应可使铁心产生约1.0T的磁通密度；测量铁心在圆周方向的磁通密度分布并作出曲线，利用原有铁心和线棒温度测点监视和控制铁心温度不得超过允许值(105℃)。在磁通密度1.0T下持续试验时间为90min，如果故障点不能明显暴露出来，试验磁通密度可增大到1.4T，持续时间为45min。实例2.

定子铁心故障的红外诊断（1）定子铁心故障的红外检测方法水轮发电机：定子铁心轴向较短，直径很大，可把红外热像仪置于铁心中央，沿铁心内圆的圆周方向扫描，并记录扫描热像。把这些热像连接起来，相当于定子铁心内圆展开从施加励磁时开始测试，每隔30min测量一次，直至温升接近稳定时为止。汽轮发电机定子铁心轴向较大、直径较小，热像仪置于铁心两端，对着铁心内圆扫描，记录整个铁心内圆的热像。把这些热