李洪軍
（山東萊鋼永鋒鋼鐵有限公司 裝備工程部，山東 德州 251100）
摘要：熱成像技術(shù)是利用當(dāng)物體溫度高于絕對(duì)零度時(shí)都會(huì)每時(shí)每刻輻射出紅外線的原理，這種紅外線都載有物體的特征信息，利用這種非接觸、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)于高壓設(shè)備溫度場(chǎng)的監(jiān)測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)局部存在的缺陷，防止出現(xiàn)放電等惡性故障。本文正是利用該技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組織長(zhǎng)期夜查，并在過(guò)程中發(fā)現(xiàn)故障，通過(guò)及時(shí)的準(zhǔn)確維修，防止重大事故的發(fā)生。
關(guān)鍵詞：紅外熱成像；無(wú)損檢測(cè)；長(zhǎng)期夜查
紅外診斷是設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)行之有效的技術(shù)手段和重要內(nèi)容。它能及時(shí)而準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)和診斷運(yùn)行設(shè)備的事故隱患和故障先兆，以便采取合理、可靠的處理措施，降低設(shè)備因過(guò)熱造成的能源損失和浪費(fèi)，減少或避免設(shè)備因過(guò)熱故障而引發(fā)的突發(fā)性設(shè)備事故。由于紅外診斷是對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備的一種非接觸無(wú)損檢測(cè)和故障診斷，故能實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)大面積溫度分布場(chǎng)的掃描和局部缺陷的定點(diǎn)測(cè)溫，技術(shù)先進(jìn)，操作方便，檢測(cè)快速。紅外檢測(cè)儀器具備的高靈敏度，同時(shí)紅外儀器和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，對(duì)設(shè)備的紅外熱像進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析、顯示、存儲(chǔ)等技術(shù)功能，便于建立設(shè)備狀態(tài)和設(shè)備檔案管理數(shù)據(jù)庫(kù)。
1 紅外技術(shù)的基礎(chǔ)及原理
1.1 紅外技術(shù)原理
紅外技術(shù)的原理是基于自然界中一切高于絕對(duì)零度的物體每時(shí)每刻都輻射出紅外線，同時(shí)，這種紅外線輻射都載有物體的特征信息，這就為利用紅外技術(shù)和判別各種被測(cè)目標(biāo)的溫度高低與熱分布場(chǎng)提供了客觀的基礎(chǔ)。紅外技術(shù)是研究紅外輻射產(chǎn)生、傳遞、轉(zhuǎn)換的技術(shù)，它能夠把人眼不能看到的溫度分布圖像清晰展現(xiàn)在人們面前。
紅外線是波長(zhǎng)在0.76-1000μm之間的一種電磁波，按波長(zhǎng)范圍分為近紅外（0.76-3μm）、中紅外（3-6μm）、遠(yuǎn)紅外（6-15μm）、極遠(yuǎn)紅外（145-1000μm）四類。它在電磁波連續(xù)頻譜中的位置處于無(wú)線電波與可見光之間的區(qū)域。物體紅外輻射的能量大小與波長(zhǎng)與溫度有密切關(guān)系，紅外線輻射的能量可用物體表面的溫度來(lái)度量，輻射的能量愈大，表明物體的表面溫度愈高；反之表明物體表面的溫度愈低。因此，通過(guò)對(duì)物體紅外輻射的探測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物體表面熱場(chǎng)成像。
常用衡量溫度變化的溫標(biāo)有華氏溫度（oF0F）、攝氏溫度（℃0C）和熱力學(xué)溫度（K）。三者之間的關(guān)系：
溫度輻射的能量密度峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)隨物體溫度的升高峰值的波長(zhǎng)變短，依據(jù)維恩定律：
式中：
λ-峰值波長(zhǎng)（μm）
T-物體熱力學(xué)溫度（K）
從公式（2）可以看出，高溫測(cè)量需選用較短的工作波長(zhǎng)，低溫測(cè)量選用較長(zhǎng)的工作波長(zhǎng)。
物體輻射功率與物體表面溫度、物體表面發(fā)生率成正比，符合斯蒂芬-玻爾茲曼定律：
P=εσT4
式中：
T-物體熱力學(xué)溫度（K）
ε-物體表面紅外發(fā)射率（輻射系數(shù)）
σ-斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)
1.2紅外熱成像設(shè)備
紅外成像設(shè)備以紅外技術(shù)為理論基礎(chǔ)制定的測(cè)溫儀器。常用設(shè)備有紅外測(cè)溫儀、紅外熱電視和紅外熱像儀。其中紅外熱像儀從上世紀(jì)八十年代在電力系統(tǒng)開始推廣使用，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)。
熱成像儀使用過(guò)程中涉及到三個(gè)參數(shù)發(fā)射率、投射率和反射率。其中發(fā)射率指溫度相同時(shí)，實(shí)際物體的輻射強(qiáng)度和黑體的輻射強(qiáng)度之比，影響物體發(fā)射率的因素很多，如物體表面的溫度、粗糙度、平整度、顏色、紅外線波長(zhǎng)等；投射率指某一輻射入射實(shí)際物體時(shí)，透過(guò)該物體的能量與入射到該物體上的能量之比；反射率指該物體發(fā)射能量與入射到該物體上的能量之比。
2 高低壓配電系統(tǒng)溫度監(jiān)測(cè)
高低壓配電系統(tǒng)是鋼鐵企業(yè)核心設(shè)備，如果出現(xiàn)損壞停機(jī)，給設(shè)備的順行，生產(chǎn)的穩(wěn)定造成不必要的損壞，在用高低壓配電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，成為設(shè)備運(yùn)行當(dāng)務(wù)之急。在眾多檢測(cè)方法中，紅外熱成像儀溫度檢測(cè)經(jīng)證明是一種有效而便于實(shí)施的方法。高低壓配電系統(tǒng)，溫度異常，主要體現(xiàn)在設(shè)備超流或長(zhǎng)期運(yùn)行在200A以上的額定電流范圍內(nèi)；二是電氣接點(diǎn)氧化或虛接；三是電氣連接點(diǎn)接線不規(guī)范，沒有安裝接線鼻子，壓接不牢，這些故障都可以通過(guò)監(jiān)測(cè)高、低壓配電系統(tǒng)柜內(nèi)元器件的溫度變化間接發(fā)現(xiàn)，山東萊鋼永鋒鋼鐵有限公司利用熱成像技術(shù)對(duì)于監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備的發(fā)熱故障的擴(kuò)大，摸索出了一條有效的手段。
3 應(yīng)用案例研究
3.1 煉鐵4#老機(jī)頭除塵12DP柜南側(cè)負(fù)荷開關(guān)
2018年7月9日，利用紅外熱像儀夜查發(fā)現(xiàn)煉鐵4#老機(jī)頭除塵12DP柜南側(cè)負(fù)荷開關(guān)南側(cè)一相溫度150℃（見圖1）。
圖1 除塵柜負(fù)荷開關(guān)熱像圖 圖2 更換后的負(fù)荷開關(guān)熱像圖
現(xiàn)場(chǎng)已協(xié)調(diào)將電場(chǎng)負(fù)荷降低，3#4#電場(chǎng)二次電流從860ma降至500ma。負(fù)荷開關(guān)溫度降至82℃，已經(jīng)增加溫度檢測(cè)頻次。計(jì)劃?rùn)z修時(shí)將負(fù)荷進(jìn)行重新分配，并更換損壞的負(fù)荷開關(guān)。檢修更換負(fù)荷開關(guān)后，溫度恢復(fù)正常（見圖2）。
3.2 煉鐵廠4#老機(jī)頭除塵配電室2室3電場(chǎng)接線端子發(fā)熱故障檢測(cè)
2018年7月10日，煉鐵廠4#老機(jī)頭除塵配電室2室3電場(chǎng)（柜子背面）紅相上側(cè)接線端子溫度81℃存在局部高溫，懷疑發(fā)熱源在可控硅連接部位，檢修時(shí)需要打開徹底處理（見圖3）。
圖3 7月10日測(cè)量記錄圖 圖4 檢修后測(cè)量記錄圖
經(jīng)檢修確認(rèn)，發(fā)熱源確實(shí)存在于可控硅連接部位，后經(jīng)更換，再次用紅外熱像儀檢測(cè)，溫度降到正常狀態(tài)。
3.3煉鋼廠1#svc相電抗器接線端子發(fā)熱故障檢測(cè)
4 結(jié)論
紅外熱成像技術(shù)作為非接觸式檢測(cè)方法已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，特別是在鋼鐵企業(yè)電氣系統(tǒng)運(yùn)行，發(fā)熱點(diǎn)故障診斷過(guò)程中，山東萊鋼永鋒鋼鐵有限公司裝備工程部組織各分廠部每月進(jìn)行二次夜視巡查工作、開展溫度狀態(tài)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了232項(xiàng)負(fù)荷開關(guān)、電氣接點(diǎn)、電纜頭溫度超溫故障，通過(guò)采取有效的措施，防止了重大惡性事故的發(fā)生。