红外紫外及激光成像技术在在线检测中的应用

关于红外紫外及激光成像技术在在线检测中的应用光谱的划分红外线，又称为红外热辐射，也是一种光线，其波长比可见光中红色光的还长（750nm），超出了人眼可以识别的范围（1800年）。紫外线：波长介于可见光短波极限与X射线长波端之间的电磁波或电磁辐射（1802年）。激光：利用光能、热能、电能、化学能或核能等外部能量来激励物质，使其发生受激辐射而产生的一种特殊的光。第2页,共54页，2024年2月25日，星期天应用红外、紫外和激光测温与成像技术，可以对处于运行状态的电气设备检测的故障：接触不良、缺油，受潮，松动、绝缘老化、电晕、放电、SF6气体泄漏等多种故障。第3页,共54页，2024年2月25日，星期天红外线成像的原理基础：凡是温度高于开氏零度(绝对零度：-273.15℃)的物体都会自发地向外发射红外热辐射，而且黑体单位表面积发射的总辐射功率与开氏温度的四次方成正比，温度只要有较小的变化，就会引起物体的辐射功率发生较大变化。只要有温度存在，就有红外线摄影成像的可能。第一节采用红外成像技术检测电力设备热故障第4页,共54页，2024年2月25日，星期天红外线滤镜(InfraredFilter)：进行红外线摄影和成像时需要一个阻挡可见光及紫外线辐射，同时又可以透过红外线的特殊滤光镜。作用：类似于带通滤波器，让所需要波长的红外线通过，而将其它波长的光线阻断。第5页,共54页，2024年2月25日，星期天红外线成像设备的构成红外线滤镜感光器件其它光学和成像系统通过红外线成像设备，就能探测出物体表面所辐射的不为人眼所见的红外线，并描绘出温度场手持式红外线热像仪第6页,共54页，2024年2月25日，星期天红外成像诊断热故障的机理：当带电设备有了热故障，其特点是过热点为最高温度，形成一个特定的热场，并向外辐射能量。红外成像技术的特点和优势：非接触式检测；在设备运行状态时进行测试；远距离、准确、实时、快速、简便、安全、可靠、直观。第7页,共54页，2024年2月25日，星期天电力设备热故障分类与热成像检测的有效性电力设备热故障，可分为两类：接触热故障（如导体连接件接触不良，电流流过时发热）设备外部：各种裸露接头、压接管、压板和隔离断路器刀口等。设备内部：设备内部导电回路接触不良、互感器内部接头松动，变压器绕组和电机定子线棒焊接处接触不良等。第8页,共54页，2024年2月25日，星期天设备元件变质老化：如：阀性避雷器并联电阻劣化或损坏。充油设备当油循环受阻、假油位等，也可能引起热故障或冷故障。如散热器上下阀门未打开，使整个变压器温度上升；而有时个别未打开的散热器又出现温度低的冷故障，强油循环潜油泵损坏等。第9页,共54页，2024年2月25日，星期天检测热故障的传统方法停电测量电阻值（如变压器和电机通过定期测量绕组直流电阻来判断是否存在接头接触不良）。在易发热处贴示温片，根据示温片颜色改变，判断是否过热。设备带电时用绑有石蜡的绝缘杆，将石蜡和接头相接触，若石蜡熔化则判定为过热点。对设备内部热点采用埋设测温电阻法。上述方法的局限性：难以准确量化并确定最高点温度。第10页,共54页，2024年2月25日，星期天红外成像技术可检测的热故障电力设备内外导流回路热故障；高压设备内部绝缘故障导致的热故障；变压器、互感器等内部充油设备缺油、油循环不畅等引起的热故障；变压器铁芯损耗、涡流损耗增加等引起的热故障；电压分布异常和泄漏电流增大引起的热故障；各种动作设备（如分接开关、断路器、潜油泵等）由于磨损引起的热故障；个别内部热故障还无能为力。第11页,共54页，2024年2月25日，星期天红外成像技术在电力系统的具体应用外部热故障检测和诊断标准各种裸露接头热故障电力变压器外部热故障绝缘子串热故障电机和其他电力设备热故障第12页,共54页，2024年2月25日，星期天各种裸露接头热故障检测方法和标准

故障类型热点位置设备存在疑点设备存在热隐患设备存在热故障设备存在严重热故障设备存在恶性热故障各种外部裸露接头、将军帽10~1515~2525~4040℃以上60℃以上隔离刀闸关节、套管膨胀器10~1515~2020~3535℃以上55℃以上刀闸刀口10~1515~2020~3535℃以上55℃以上建议处理意见查明原因后处理安排处理必须安排处理马上停电处理一定停电及时处理第13页,共54页，2024年2月25日，星期天第14页,共54页，2024年2月25日，星期天2.电力变压器外部热故障检测及标准变压器内部热故障的诊断尚有难度：强油循环使内部热故障的外在原始热场被破坏外表暴露的热故障，可以应用红外成像检测正常变压器的外壳热像图是沿水平线温度均匀分布的温度场：高中低套管的温度三相基本平衡潜油泵不应该有特殊的过热点箱体螺栓的温差不应该过大故障状态下，热像图会发生相应的变化第15页,共54页，2024年2月25日，星期天箱体同一水平线的最高和最低温度差不应该大于10℃各螺栓中最高的温度点与平均温度之差不应大于15℃平均温度与环境温度之差不应大于55℃潜油泵温度与本台变压器其他运行的潜油泵平均温度之差不应大于30℃变压器套管将军帽温度对环境温度的温升不应大于70℃，且三相平衡散热器闸门未打开、油枕假油位、潜油泵反转等故障的热像图也会出现反常变压器外部热故障的经验诊断标准：第16页,共54页，2024年2月25日，星期天变压器套管发热故障的红外热像图第17页,共54页，2024年2月25日，星期天第18页,共54页，2024年2月25日，星期天变压器箱体大盖螺栓发热的红外热像图WHY?第19页,共54页，2024年2月25日，星期天第20页,共54页，2024年2月25日，星期天3.绝缘子串红外成像热故障检测和诊断劣质和零值绝缘子是最为常见的故障类型根据整个绝缘子串的温度场图像判断良好绝缘子串瓷瓶钢帽上的温度分布与其电压分布相对应，呈不对称马鞍型第21页,共54页，2024年2月25日，星期天存在劣质绝缘子的绝缘子串红外热像图第22页,共54页，2024年2月25日，星期天第23页,共54页，2024年2月25日，星期天电缆终端接头出现裂纹的红外热像图第24页,共54页，2024年2月25日，星期天第25页,共54页，2024年2月25日，星期天断路器触头接触不良故障的热像图第26页,共54页，2024年2月25日，星期天第27页,共54页，2024年2月25日，星期天2.电流互感器内部热点检测和判断标准

损耗由铜耗、铁耗和接头电阻损耗组成,由顶帽以热量的形式散去采用横向和纵向相互比较的方法故障判据：三相互差在20℃以上，温度高者内部有严重热故障温差在15℃以上，应停电试验检查相差10℃以上，应加强监测对环境的温升也不能大于70℃（二）内部热故障红外成像检测和诊断标准第28页,共54页，2024年2月25日，星期天电流互感器内部局部放电和绝缘老化故障的红外热像图第29页,共54页，2024年2月25日，星期天3.电机定子绕组接头红外检测和诊断标准检测时间：运行中检测大负荷停机或短路试验停机后进行诊断标准：对包绝缘的接头，若其表面温度高于平均值15℃以上，不合格未包绝缘者，若接头温度超过平均值7℃以上，则应处理（二）内部热故障红外成像检测和诊断标准第30页,共54页，2024年2月25日，星期天发电机定子线圈局部过热故障红外热像图第31页,共54页，2024年2月25日，星期天避雷器内部故障的的红外热像图第32页,共54页，2024年2月25日，星期天（三）红外成像检测的注意事项防止太阳照射与背景辐射影响阴天、日出前或日落后、最好在晚上防止环境温度的影响避开夏冬季，选择春、秋季防止气象条件的影响选择无雾、无雨、无风、云天气进行第33页,共54页，2024年2月25日，星期天（三）红外成像检测的注意事项防止大气中物质的影响大气中的水汽、CO、CH4和悬浮微粒，造成红外线衰减应选择较干燥的时间，且湿度不超过85%检测距离尽量缩短防止发射率的影响防止电力设备运行状态的影响第34页,共54页，2024年2月25日，星期天第35页,共54页，2024年2月25日，星期天采用紫外成像技术检测电力设备放电故障第36页,共54页，2024年2月25日，星期天太阳盲区与紫外成像原理太阳盲区：紫外线(UV)波段内一狭窄的、特定的光谱段(240~280nm)。在此光谱段内，由太阳辐射到达地面的紫外线份量极低，绝大部分被臭氧层吸收电气设备发生放电时产生的紫外线：波长处于太阳盲区内。第37页,共54页，2024年2月25日，星期天紫外线成像仪的工作原理紫外光紫外图象信号UV滤片紫外线探测器第38页,共54页，2024年2月25日，星期天紫外成像技术的具体应用检测不受日光干扰成像仪具有方便、实用、灵活、多变的图像记录和显示功能，并能适应各种检测环境第39页,共54页，2024年2月25日，星期天污染高压输电线上发生电晕的紫外图象第40页,共54页，2024年2月25日，星期天绝缘子串发生电晕时的紫外图象第41页,共54页，2024年2月25日，星期天合成绝缘子干闪的紫外图象第42页,共54页，2024年2月25日，星期天合成绝缘子湿闪的紫外图象第43页,共54页，2024年2月25日，星期天合成绝缘子污闪的紫外图象第44页,共54页，2024年2月25日，星期天SF6气体检漏的激光成像原理SF6气体具有极强的红外吸收特性，产生泄漏时，造成反向散射激光产生差异，最终引起激光成像出现不同，由此可以发现有无SF6气体泄漏激光成像技术在SF6气体泄漏检测中的应用第45页,共54页，2024年2月25日，星期天激光成像技术检测SF6气体泄漏的特点设备带电运行时就可进行实时检测非接触式、远距离检漏，最远距离可达15-30m检漏精度高，可探测到0.002毫升/秒的泄漏率，便于快速、准确地找出泄漏点第46页,共54页，2024年2月25日，星期天SF6气体激光成像检漏示例SF6气体检漏激光成像系统

SF6断路器检漏场景第47页,共54页，2024年2月25日，星期天7笼型异步电机故障的信息融合诊断方法第48页,共54页，2024年2月25日，星期天7.1笼型异步电机故障定子铁芯故障铁芯短路、振动…绕组绝缘故障老化、磨损、过热、受潮、污染、电晕…转子故障转子气隙偏心、笼条断裂（断条）、端环开裂…常见故障转子偏心、断条、端环开裂和绕组过热（匝间短路）第49页,共54页，2024年2月25日，星期天转子断条故障的特征频率定子电流中出现边频分量：式中，转差率s＝（n1-n）/n1×100％电机磁场旋转速度n1＝60f1/p转子转速n（r/min）p为电机磁场极对数f1为电源基频k为正整数其它检测方法振动、轴向磁通、转速波动等方法第50页,共54页，2024年2月25日，星期天气隙偏心故障的特征频率气隙偏心:气隙磁场的不对称分布简化的气隙偏心故障特征频率判据

转子旋转频率fr＝（1-s）f1/p，m为正整数

气隙偏心故障还会造成电机