紅外熱像儀在設備故障診斷中的應用
【摘 要】中國鋁業山西分公司通過運用8NBM60紅外熱像儀對電氣設備及熱工設備進行檢測和故障診斷，發現了多處隱患，并得到了及時處理，給生產的正常運行創造了有利條件，為設備檢修提供了可靠依據，在這些設備上逐步實現了狀態預知維修。
【關鍵詞】紅外熱像儀 故障診斷
1 概述
中國鋁業山西分公司（以下簡稱山西分公司）作為大型的氧化鋁生產企業，電氣設備及熱工爐窯設備多，運行過程中關鍵部位的溫度變化直接反映了設備的技術狀況。普通的紅外測溫儀遠距離無法分辨出故障點的具體部位，尤其是電氣設備的高壓開關、電纜接頭等。2003年，山西分公司購置了一臺8NBM60紅外熱像儀，以彌補紅外測溫儀在電氣設備及熱工爐窯筒體測溫時的不足。它可實時提供高分辨率的彩色影像，溫度分辨率高，測溫功能強大，紅外鏡頭與CCD鏡頭可隨時切換，可用PC卡存儲圖像且不易失真。通過利用紅外熱像儀對主變壓器、配電室、焙燒爐、熟料窯等設備進行檢測，依據熱像圖及時準確地確定被測物體的故障部位，避免了設備事故的發生，為設備檢修提供了可靠的依據，在這些設備上逐步實現了狀態預知維修。
2 熱像儀簡介
2.1 熱像儀原理
紅外熱像儀是利用紅外探測器、光學成像物鏡和光機掃描系統，接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形，反映到紅外探測器的光敏元上，在光學系統和紅外探測器之間，有一個光機掃描機構（焦平面熱像儀無此機構），對被測物體的紅外熱像進行掃描，并聚焦在單元或分光探測器上，由探測器將紅外輻射能轉換成電信號，經放大處理、轉換成標準視頻信號，通過電視屏或監視器顯示紅外熱像圖。
這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應，實質上是被測目標物體各部分紅外輻射的熱像分布圖。由于信號非常弱，與可見光圖像相比，缺少層次和立體感，因此在實際應用過程中，為更有效地判斷被測目標的紅外熱分布場，常采用一些輔助措施來增加儀器的實用功能，如圖像亮度、對比度的控制、色標校正，偽色彩描繪等高線和直方圖進行數學運算、打印等。
2.2熱像儀結構
8NBM60紅外熱像儀主要由主機、紅外鏡頭、鏡頭光圈調節旋鈕、鏡頭焦距調節旋鈕、CCD鏡頭（觀察可見光圖像）、功能鍵、內置彩色液晶尋像器、菜單鍵、回車鍵、開關鍵、耳機接口、視頻輸出接口、存儲卡插槽、電池倉等部分組成。
2.3熱像儀功能
8NBM60紅外熱像儀具有點溫功能、高溫報警、高低溫捕捉、等溫分析、圖像存儲、回放功能、語音記錄、偽彩設置、設置菜單等功能。
與熱像儀配套使用的還有功能強大的圖像處理軟件，操作人員不但可看到紅外圖像，而且還可對圖像進行點、線、面分析和回放圖像中的語音記錄等，并可完成檢測報告（包括紅外影像、可見光照片、圖像中最高溫度、最低溫度、平均溫度等數據表格）。
3 應用實例
3.1 2003年11月20日，在對BD-28配電室進行測溫時，發現一配電柜接觸器下端黃相螺絲連接處溫度高達94.58℃（當時環境溫度為16℃，連接處正常溫度為30℃-40℃），立即通知分廠電氣專業人員，經停電檢查，發現螺絲連接處被氧化，通過打磨處理，運行正常，避免了螺絲連接處溫度繼續升高、打火而引發電氣火災事故。 圖1為配電柜接觸器下端三相螺絲連接處熱像圖及對應分析值。
圖1
3.2 2004年4月9日熱電分廠4#主變（6kv變110kv）用油經色譜分析，發現變壓器油有問題，現場電氣專職點檢員申請用紅外熱像儀進行溫度檢測。
圖2是4#主變高壓（110kv）端A、B、C三相導線連接處熱像圖，從圖中看出C相（右邊）導線連接處及套管溫度高于B相（中間），分析C相有問題。
圖2
2004年4月16日，經對變壓器進行吊芯檢查，發現C相套管中油有雜質，導線有放電痕跡，套管也發現問題，對其進行了檢修更換。
3.3 通過對熱工爐窯筒體測溫，可發現殼體內襯損壞脫落程度，便于適時安排檢修，避免出現爐窯內襯脫落紅窯現象，給生產帶來被動。圖3為氧化鋁熟料窯筒體局部熱像圖，圖中，筒體發亮部位為窯內襯局部變薄，需加密跟蹤觀測。
圖3
4 使用紅外熱像儀時應注意以下幾點：
4.1為提高測量精度，通常在每次開機時進行一次測溫校正，以后每工作約30分鐘進行一次。
4.2盡量正確輸入環境溫度（鏡頭蓋溫度）。
4.3盡量正確輸入輻射系數。
由于在現場操作中一般難以確定目標的輻射率，所以利用紅外熱成像測溫原理測量出的溫度值只能是實際溫度的近似值，因此，在使用8NBM60紅外測溫儀進行測溫時，需了解以下兩點：（1）在不調整輻射率的情況下，當不同物體具有同一溫度時，表面輻射率大的物體，顯示的圖像較明亮，測出的溫度較高；表面輻射率小的物體，顯示的圖像較暗，測出的溫度較低。（2）測定溫度值均為目標表面溫度值。
4.4熱像儀紅外鏡頭應避免強光照射，要遠離強磁場，勿靠近高溫熱源。
5 結束語
8NBM60紅外熱像儀能夠快速、準確地確定故障點的位置，并測量出故障點的溫度，為設備的正常運行和檢修工作提供可靠的依據。經過近一年的實踐，熱像儀在電氣設備和熱工設備的故障診斷方面取得了一些成績，摸索了一定的經驗，我們已對主要的設備建立了熱像圖數據庫。下一步，在對設備的檢測診斷方面，我們將進一步注意積累經驗，使熱像儀的作用得到最大限度的發揮，為企業的生產運行保駕護航。