紅外成像技術在電廠設備中的應用

朱國偉，黃 川，陳志明，李 俊，李 超

（華能井岡山電廠，江西 吉安 343009）

0 引言

溫度監(jiān)測是電力設備最主要的檢測手段之一，與電壓檢測和電流檢測相輔相成[1]。溫度的變化往往代表設備的運行情況，溫度的突然升高或降低一般表示設備發(fā)生了故障，利用紅外溫差比較法評定溫度故障情況，根據(jù)設備可以承受的最大溫度為依據(jù)進行判定[2]，比較適合在電流致熱型設備中使用。特別針對于電氣設備的紅外成像技術，己經(jīng)越來越廣泛地被發(fā)電企業(yè)所應用。高質(zhì)量的紅外成像測量、記錄與分析可為電氣設備的狀態(tài)檢修工作提供重要的信息來源，并為提前發(fā)現(xiàn)設備的劣化趨勢及存在缺陷的部位提供嶄新的技術思路[3]。本文介紹了華能井岡山電廠的紅外成像監(jiān)測與預警系統(tǒng)的研發(fā)與應用。

1 紅外成像監(jiān)測與預警系統(tǒng)應用

電氣設備的狀態(tài)檢修，需要監(jiān)測電氣設備的各種運行信息，采集匯總信息數(shù)據(jù)，并通過對此數(shù)據(jù)進行對比、分析和判斷，最終得出檢修工作決策，制定相關檢修處理計劃[4]。電氣設備狀態(tài)診斷的方法，除通常的根據(jù)電氣設備的運行記錄、同類設備或部件的故障統(tǒng)計資料等信息外，主要是根據(jù)外觀檢查和多種在線監(jiān)測手段來確定設備的運行狀態(tài)。狀態(tài)檢修可以根據(jù)先進的監(jiān)測手段，得出電氣設備的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)處于潛伏狀態(tài)的設備隱患，據(jù)此來確定設備是否需要退出運行，應采用何種檢修方案和采取哪些保障措施[5]。

目前在電力系統(tǒng)中，大部分設備的檢修是計劃檢修體制，而計劃檢修的方式是只要設備的維修周期到了就進行維修，而不管設備的運行狀況，因此容易導致設備的過度檢修或缺乏檢修?；痣姀S的生產(chǎn)區(qū)域面廣、設備分布散，因巡視工作量大及個別人員責任心不強，常造成漏檢和謊檢情況發(fā)生，導致設備故障和安全隱患增多。

紅外熱像儀能夠生成紅外圖像或熱輻射圖像，并且能夠提供精確的非接觸溫度測量功能[6]。幾乎所有運行設備在發(fā)生故障之前，溫度都會有變化，多數(shù)隨之升高，也有溫度降低而發(fā)生故障的。因此，在很多領域內(nèi)，紅外熱像儀是一種經(jīng)濟有效的檢測工具。比如設備的接線端子、重要卡件、重要繼電器、重要電磁閥、開關、端子板、電源模塊、各種高壓接線頭等。

1.1 系統(tǒng)組成

紅外成像監(jiān)測與預警系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示，包括：

1）管理員和巡檢員工作電腦、不同網(wǎng)段的以太網(wǎng)交換機和安裝后臺專用軟件的管理系統(tǒng)主服務器。

2）工作電腦與紅外成像監(jiān)測與預警系統(tǒng)隔離網(wǎng)絡設備（如物理隔斷的網(wǎng)閘、自定義隔斷的防火墻可選擇性安裝）。

3）智能成像監(jiān)測與預警系統(tǒng)專用交換機，用于用戶網(wǎng)段與無線內(nèi)網(wǎng)組數(shù)據(jù)交換輸出給后臺服務器。

4）無線路由器，手持紅外終端設備進行無線連接工單下載與數(shù)據(jù)上傳后臺的管理軟件。

5）手持紅外終端設備，臺數(shù)根據(jù)巡檢的班組、巡檢設備來配置。

1.2 巡檢數(shù)量和測點

本廠4臺機組實施的網(wǎng)絡連接和測點示意圖如圖2所示，每個班組1臺智能紅外巡檢終端，包括機修班331個測點、電氣一次班82個測點、電氣二次班15個測點、機控班332個測點、爐控班274個測點、爐修班186個測點，合計共1220個測點。巡檢終端在檢修樓通過無線局域網(wǎng)接收巡檢工單，到達現(xiàn)場巡檢（不需要網(wǎng)絡），在現(xiàn)場掃碼識別設備，拍照保存到巡檢終端，巡檢完畢回到檢修樓通過無線局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)自動上傳到服務器。巡檢任務結束，技術人員可以在廠內(nèi)MIS系統(tǒng)，通過授權賬戶登錄，可以查看相關數(shù)據(jù)，并對紅外數(shù)據(jù)進行分析。

圖1 系統(tǒng)組成圖Fig.1 System composition diagram

圖2 測點及網(wǎng)絡連接圖Fig.2 Measuring points and network connection diagram

1.3 巡檢終端

巡檢終端界面、手持終端圖示為日常巡檢的“看板”：主要是看當日、周、月、季度、自定義工單的任務概況；“未巡檢”：查看當次工單未巡檢測溫點的編碼及具體地址；“未提交”：查看現(xiàn)場拍照采集好未提交的數(shù)據(jù)；“已完成”：把現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)，已提交到后臺管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可以在“已完成”里面查看所要了解的測溫情況，如圖3所示。

紅外巡檢終端：采用國際成熟、性能優(yōu)異的非制冷焦平面紅外成像模組，和專用工業(yè)PDA的完整結合，制作出高可靠性、高穩(wěn)定性的紅外巡檢終端。

紅外熱成像鏡頭分辨率：160*120

圖3 巡檢終端界面Fig.3 Inspection terminal interface

圖5 紅外圖片分析Fig.5 Infrared picture analysis

PDA終端主要參數(shù)：CPU（Cortex-A53，1.8GHz 四核RAM，2GBROM，16GB）。

1.4 后臺分析系統(tǒng)

分析系統(tǒng)主界面如圖4所示，可以在這個主界面中查看工單列表、工單完成情況、未巡檢設備數(shù)、已巡檢正常設備數(shù)、異常設備數(shù)。

1.4.1 紅外圖片分析

《中國造紙》(刊號CN11-1967/TS，ISSN 0254-508X)為月刊，每月25日出版，大16開，國內(nèi)定價：紙質(zhì)版25元/期，電子版25元/期，紙質(zhì)版+電子版40元/期；國外及港澳臺地區(qū)定價：40美元/期，電子版40美元/期，紙質(zhì)版+電子版70美元/期。

巡檢數(shù)據(jù)的紅外成像圖片顯示中，白色處為溫度最高的發(fā)熱點，最黑處為最低的溫度點?？梢钥吹秸麄€圖片的最高溫、最低溫和平均溫度是多少；也可以查看所拍界面每一處溫度情況，可以單點查看溫度，也可以自定義方框內(nèi)查看所在的溫度范圍；可以非常直觀和全面、方便地了解現(xiàn)場所拍照生產(chǎn)設備的溫度情況。查看方法如圖5所示。

圖4 分析系統(tǒng)主界面Fig.4 Main interface of the analysis system

圖6 溫度趨勢分析Fig.6 Temperature trend analysis

1.4.2 溫度趨勢分析

生產(chǎn)設備測溫點的歷史溫度趨勢分析圖見圖6，從圖6中左邊的設備列表中點擊所在的測溫點名稱或編碼就會彈出歷史數(shù)據(jù)溫度的曲線趨勢分析圖和正異常比例的狀態(tài)分析圖，從曲線分析圖中觀察該測溫點波動范圍；從狀態(tài)圖中可以看出，該測溫點巡檢次數(shù)正常與異常占比（紅色為異常，藍色為正常）；曲線、狀態(tài)趨勢圖的高溫處均為紅色，當紅色占比大時，該測溫點就要引起注意，留意觀察預警，做防范措施。

1.4.3 工單任務分配

圖7 工單任務分配Fig.7 Work order task allocation

工單生成系統(tǒng)設計比較全面、人性化，可以按當日指定的時間生成工單進行派單如圖7所示?？梢园匆恢苤兄付ǖ哪骋惶焖付ǖ臅r間生成工單進行派單；可以按一個月中的某一天所指定的時間生成工單進行派單；可以按季度的1月、4月、7月、10月的1日早上6:20生成工單進行派單；也可以自定義計劃某一天的指定時間開始到某一天的指定時間結束為一個測溫周期。每個用戶可以根據(jù)自己的測溫周期具體時間去計劃生成想要的工單，所以是高效人性化的設計。

1.5 應用分析

1）爐控班DCS端子板的后臺數(shù)據(jù)分析。在辦公室電腦里可以看到采集數(shù)據(jù)，可以在紅外圖片（圖8）和可見光圖片（圖9）切換，紅外圖片可以通過顏色識別溫度高低，紅外看不清楚的圖片用可見光觀察。兩種方式都可以自由添加點和框查看。

2）電氣一次班升壓站紅外圖片如圖10所示，一張圖片自動識別指定點的溫度，自動加入歷史曲線對比，可實現(xiàn)本設備歷史對比，也可實現(xiàn)同一時間不同設備的對比。同時，后臺系統(tǒng)可對不同部位單獨分析。

3）機控班繼電器柜紅外圖片如圖11所示，通過紅外圖片可以明顯看出工作繼電器的狀態(tài)，可以實現(xiàn)一片繼電器的狀態(tài)監(jiān)視，對于關鍵部位自動記錄溫度數(shù)據(jù)，做歷史對比。為通過溫度了解繼電器的工作狀態(tài)提供了非常方便的手段。

以上為部分班組監(jiān)測中抽樣的報警表與預警溫度圖。通過紅外手持終端設備對重點的生產(chǎn)設備關鍵部位進行紅外掃描，鎖定高溫點的設備進行分析，雖然運行8個月的時間，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多起風險值，電一次班發(fā)現(xiàn)升壓站220KV一隔離刀閘A相在負載相同時較另外兩相溫度偏高2℃，為臨修調(diào)整檢查做好了預防。熱控班組發(fā)現(xiàn)一塊卡件的隔離電源溫度高達90℃，在臨修時及時更換備用卡件，為本廠設備可靠運行提供了有力的幫助。

圖8 紅外成像溫度顯示圖片數(shù)據(jù)Fig.8 Infrared imaging temperature display picture data

圖9 可見光溫度顯示圖片數(shù)據(jù)Fig.9 Visible light temperature display picture data

圖10 電氣升壓站紅外圖片F(xiàn)ig.10 Infrared picture of electrical booster station

圖11 繼電器柜紅外圖片F(xiàn)ig.11 Infrared picture of the relay cabinet

2 結束語

利用紅外成像監(jiān)測與預警系統(tǒng)，可以利用紅外成像原理大面積對不可觸摸的各種部件進行紅外掃描拍照，直接從拍照的圖片中清楚的看出設備溫度的高低，快速鎖定故障部位，可以第一時間消除隱患，盡而起到對運行設備預警的作用。

傳統(tǒng)的紅外成像儀都是監(jiān)視拍照，靠巡視人員的自身素質(zhì)去判斷溫度是否異常，設備的狀態(tài)、現(xiàn)場拍攝的大量紅外照片回到辦公室?guī)缀鯚o法分清設備對應關系，給后續(xù)分析帶來很大困難。而紅外成像監(jiān)測與預警系統(tǒng)只需要手持紅外終端設備就可以把現(xiàn)場設備溫度全部掃描并選擇性的拍照，與后臺聯(lián)網(wǎng)后現(xiàn)場測溫數(shù)據(jù)一鍵提交上傳到后臺系統(tǒng)，每個巡檢組通過網(wǎng)址直接登錄到紅外成像監(jiān)測與預警系統(tǒng)后臺，查看編輯并導出現(xiàn)場的所有測溫數(shù)據(jù)資料。

紅外成像監(jiān)測與預警系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的測溫模式具有更方便、快捷、高效。系統(tǒng)對于設備狀態(tài)的分析，還可以減少人員的勞動強度，可代替原來多人的、只依靠人眼觀察的巡視及單點測溫的巡檢方式。而紅外成像監(jiān)測與預警系統(tǒng)通過后臺大數(shù)據(jù)的分析判斷、對比歷史數(shù)據(jù)，并與同時運行的同類設備數(shù)據(jù)來比較及早發(fā)現(xiàn)異常，對機組的安全運行有極大的好處。紅外監(jiān)測與預警系統(tǒng)還可以將設備的臺賬管理和巡視結合起來，對于參與人員來說，通過參與設備溫度變化而引起設備異常的分析，積累了豐富的工作經(jīng)驗；對于創(chuàng)新、高效、高價值產(chǎn)出的紅外成像監(jiān)測與預警系統(tǒng)來說，適合將其推廣到各企業(yè)單位的各種生產(chǎn)設備的測溫巡檢分析與預警當中。