红外成像技术在电厂设备中的应用

朱国伟，黄 川，陈志明，李 俊，李 超

（华能井冈山电厂，江西 吉安 343009）

0 引言

温度监测是电力设备最主要的检测手段之一，与电压检测和电流检测相辅相成[1]。温度的变化往往代表设备的运行情况，温度的突然升高或降低一般表示设备发生了故障，利用红外温差比较法评定温度故障情况，根据设备可以承受的最大温度为依据进行判定[2]，比较适合在电流致热型设备中使用。特别针对于电气设备的红外成像技术，己经越来越广泛地被发电企业所应用。高质量的红外成像测量、记录与分析可为电气设备的状态检修工作提供重要的信息来源，并为提前发现设备的劣化趋势及存在缺陷的部位提供崭新的技术思路[3]。本文介绍了华能井冈山电厂的红外成像监测与预警系统的研发与应用。

1 红外成像监测与预警系统应用

电气设备的状态检修，需要监测电气设备的各种运行信息，采集汇总信息数据，并通过对此数据进行对比、分析和判断，最终得出检修工作决策，制定相关检修处理计划[4]。电气设备状态诊断的方法，除通常的根据电气设备的运行记录、同类设备或部件的故障统计资料等信息外，主要是根据外观检查和多种在线监测手段来确定设备的运行状态。状态检修可以根据先进的监测手段，得出电气设备的运行状态，发现处于潜伏状态的设备隐患，据此来确定设备是否需要退出运行，应采用何种检修方案和采取哪些保障措施[5]。

目前在电力系统中，大部分设备的检修是计划检修体制，而计划检修的方式是只要设备的维修周期到了就进行维修，而不管设备的运行状况，因此容易导致设备的过度检修或缺乏检修。火电厂的生产区域面广、设备分布散，因巡视工作量大及个别人员责任心不强，常造成漏检和谎检情况发生，导致设备故障和安全隐患增多。

红外热像仪能够生成红外图像或热辐射图像，并且能够提供精确的非接触温度测量功能[6]。几乎所有运行设备在发生故障之前，温度都会有变化，多数随之升高，也有温度降低而发生故障的。因此，在很多领域内，红外热像仪是一种经济有效的检测工具。比如设备的接线端子、重要卡件、重要继电器、重要电磁阀、开关、端子板、电源模块、各种高压接线头等。

1.1 系统组成

红外成像监测与预警系统组成示意图如图1所示，包括：

1）管理员和巡检员工作电脑、不同网段的以太网交换机和安装后台专用软件的管理系统主服务器。

2）工作电脑与红外成像监测与预警系统隔离网络设备（如物理隔断的网闸、自定义隔断的防火墙可选择性安装）。

3）智能成像监测与预警系统专用交换机，用于用户网段与无线内网组数据交换输出给后台服务器。

4）无线路由器，手持红外终端设备进行无线连接工单下载与数据上传后台的管理软件。

5）手持红外终端设备，台数根据巡检的班组、巡检设备来配置。

1.2 巡检数量和测点

本厂4台机组实施的网络连接和测点示意图如图2所示，每个班组1台智能红外巡检终端，包括机修班331个测点、电气一次班82个测点、电气二次班15个测点、机控班332个测点、炉控班274个测点、炉修班186个测点，合计共1220个测点。巡检终端在检修楼通过无线局域网接收巡检工单，到达现场巡检（不需要网络），在现场扫码识别设备，拍照保存到巡检终端，巡检完毕回到检修楼通过无线局域网将数据自动上传到服务器。巡检任务结束，技术人员可以在厂内MIS系统，通过授权账户登录，可以查看相关数据，并对红外数据进行分析。

图1 系统组成图Fig.1 System composition diagram

图2 测点及网络连接图Fig.2 Measuring points and network connection diagram

1.3 巡检终端

巡检终端界面、手持终端图示为日常巡检的“看板”：主要是看当日、周、月、季度、自定义工单的任务概况；“未巡检”：查看当次工单未巡检测温点的编码及具体地址；“未提交”：查看现场拍照采集好未提交的数据；“已完成”：把现场采集到的数据，已提交到后台管理系统的数据，可以在“已完成”里面查看所要了解的测温情况，如图3所示。

红外巡检终端：采用国际成熟、性能优异的非制冷焦平面红外成像模组，和专用工业PDA的完整结合，制作出高可靠性、高稳定性的红外巡检终端。

红外热成像镜头分辨率：160*120

图3 巡检终端界面Fig.3 Inspection terminal interface

图5 红外图片分析Fig.5 Infrared picture analysis

PDA终端主要参数：CPU（Cortex-A53，1.8GHz 四核RAM，2GBROM，16GB）。

1.4 后台分析系统

分析系统主界面如图4所示，可以在这个主界面中查看工单列表、工单完成情况、未巡检设备数、已巡检正常设备数、异常设备数。

1.4.1 红外图片分析

《中国造纸》(刊号CN11-1967/TS，ISSN 0254-508X)为月刊，每月25日出版，大16开，国内定价：纸质版25元/期，电子版25元/期，纸质版+电子版40元/期；国外及港澳台地区定价：40美元/期，电子版40美元/期，纸质版+电子版70美元/期。

巡检数据的红外成像图片显示中，白色处为温度最高的发热点，最黑处为最低的温度点。可以看到整个图片的最高温、最低温和平均温度是多少；也可以查看所拍界面每一处温度情况，可以单点查看温度，也可以自定义方框内查看所在的温度范围；可以非常直观和全面、方便地了解现场所拍照生产设备的温度情况。查看方法如图5所示。

图4 分析系统主界面Fig.4 Main interface of the analysis system

图6 温度趋势分析Fig.6 Temperature trend analysis

1.4.2 温度趋势分析

生产设备测温点的历史温度趋势分析图见图6，从图6中左边的设备列表中点击所在的测温点名称或编码就会弹出历史数据温度的曲线趋势分析图和正异常比例的状态分析图，从曲线分析图中观察该测温点波动范围；从状态图中可以看出，该测温点巡检次数正常与异常占比（红色为异常，蓝色为正常）；曲线、状态趋势图的高温处均为红色，当红色占比大时，该测温点就要引起注意，留意观察预警，做防范措施。

1.4.3 工单任务分配

图7 工单任务分配Fig.7 Work order task allocation

工单生成系统设计比较全面、人性化，可以按当日指定的时间生成工单进行派单如图7所示。可以按一周中指定的某一天所指定的时间生成工单进行派单；可以按一个月中的某一天所指定的时间生成工单进行派单；可以按季度的1月、4月、7月、10月的1日早上6:20生成工单进行派单；也可以自定义计划某一天的指定时间开始到某一天的指定时间结束为一个测温周期。每个用户可以根据自己的测温周期具体时间去计划生成想要的工单，所以是高效人性化的设计。

1.5 应用分析

1）炉控班DCS端子板的后台数据分析。在办公室电脑里可以看到采集数据，可以在红外图片（图8）和可见光图片（图9）切换，红外图片可以通过颜色识别温度高低，红外看不清楚的图片用可见光观察。两种方式都可以自由添加点和框查看。

2）电气一次班升压站红外图片如图10所示，一张图片自动识别指定点的温度，自动加入历史曲线对比，可实现本设备历史对比，也可实现同一时间不同设备的对比。同时，后台系统可对不同部位单独分析。

3）机控班继电器柜红外图片如图11所示，通过红外图片可以明显看出工作继电器的状态，可以实现一片继电器的状态监视，对于关键部位自动记录温度数据，做历史对比。为通过温度了解继电器的工作状态提供了非常方便的手段。

以上为部分班组监测中抽样的报警表与预警温度图。通过红外手持终端设备对重点的生产设备关键部位进行红外扫描，锁定高温点的设备进行分析，虽然运行8个月的时间，已经发现多起风险值，电一次班发现升压站220KV一隔离刀闸A相在负载相同时较另外两相温度偏高2℃，为临修调整检查做好了预防。热控班组发现一块卡件的隔离电源温度高达90℃，在临修时及时更换备用卡件，为本厂设备可靠运行提供了有力的帮助。

图8 红外成像温度显示图片数据Fig.8 Infrared imaging temperature display picture data

图9 可见光温度显示图片数据Fig.9 Visible light temperature display picture data

图10 电气升压站红外图片Fig.10 Infrared picture of electrical booster station

图11 继电器柜红外图片Fig.11 Infrared picture of the relay cabinet

2 结束语

利用红外成像监测与预警系统，可以利用红外成像原理大面积对不可触摸的各种部件进行红外扫描拍照，直接从拍照的图片中清楚的看出设备温度的高低，快速锁定故障部位，可以第一时间消除隐患，尽而起到对运行设备预警的作用。

传统的红外成像仪都是监视拍照，靠巡视人员的自身素质去判断温度是否异常，设备的状态、现场拍摄的大量红外照片回到办公室几乎无法分清设备对应关系，给后续分析带来很大困难。而红外成像监测与预警系统只需要手持红外终端设备就可以把现场设备温度全部扫描并选择性的拍照，与后台联网后现场测温数据一键提交上传到后台系统，每个巡检组通过网址直接登录到红外成像监测与预警系统后台，查看编辑并导出现场的所有测温数据资料。

红外成像监测与预警系统相比传统的测温模式具有更方便、快捷、高效。系统对于设备状态的分析，还可以减少人员的劳动强度，可代替原来多人的、只依靠人眼观察的巡视及单点测温的巡检方式。而红外成像监测与预警系统通过后台大数据的分析判断、对比历史数据，并与同时运行的同类设备数据来比较及早发现异常，对机组的安全运行有极大的好处。红外监测与预警系统还可以将设备的台账管理和巡视结合起来，对于参与人员来说，通过参与设备温度变化而引起设备异常的分析，积累了丰富的工作经验；对于创新、高效、高价值产出的红外成像监测与预警系统来说，适合将其推广到各企业单位的各种生产设备的测温巡检分析与预警当中。