紅外熱成像技術在設備維護中的應用

發熱常常是設備損壞或功能故障的早期征兆，這使它成為在預測性維護 (PDM) 計劃中所監視的一個關鍵性能參數。進行紅外熱像預測性維護的技術人員定期對關鍵設備的溫度進行檢查，從而可以隨時間跟蹤設備的運行狀況，并快速發現異常讀 數以便進一步檢查。通過監視設備性能并在需要時安排維護，可降低因設備故障而發生的非計劃性停產的可能性，減少維護費用和設備維修的成本，延長設備資產的 壽命，并最大限度地提高維護效果和生產能力。

紅外熱像技術原理

1800年英國的天文學家William Herschel 用分光棱鏡將太陽光分解成從紅色到紫色的單色光，依次測量不同顏色光的熱效應。他發現，當水銀溫度計移到紅色光邊界以外，人眼看不見任何光線的黑暗區的時 候，溫度反而比紅光區更高。反復試驗證明，在紅光外側，確實存在一種人眼看不見的“熱線”，后來稱為“紅外線”，也就是“紅外輻射”。自然界任何物體，只 要溫度高于絕對零度(-273.15℃)，就會以電磁輻射的形式在非常寬的波長范圍內發射能量，產生電磁波(輻射能)。

紅外線在大氣中穿透比較好的波段，通常稱為“大氣窗口”。紅外熱成像檢測技術就是利用了所謂的“大氣窗口”。短波窗口在1~5μm之間，而長波窗口則是在8~14μm之間。

從普朗克定律可以得知，物體的溫度越高，其輻射的峰值能量就越偏向短波方向，故紅外熱像儀，特別是用以建筑檢測的紅外熱像儀，其工作波段通常在8-14μm的長波波段，建筑用紅外檢測的溫度范圍一般在-20-100℃范圍內。

紅外熱像儀是一種新型的光電探測設備，可將被測目標表面的熱信息瞬間可視化，快速定位故障，并且在專業的分析軟件幫助下，可進行分析，完成建筑節能、安全檢測和電氣預防性維護工作。

熱像儀由兩個基本部分組成：光學器件和探測器。光學器件將物體發出的紅外輻射聚集到探測器上，探測器把入射的輻射轉換成電信號，進而被處理成可見圖像，即熱圖(見圖1)。

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設備預測性維護介紹

紅外熱成像儀是預測性維護計劃中的第一道防線。技術人員可以迅速測量并比較檢查路線上每臺設備的熱量特征，無需中斷設備運行。

如果溫度與以前的讀數有明顯的不同，則可以使用其他維護技術(振動分析、電機電路分析、空氣超聲波分析以及潤滑油分析等)來調查問題原因，并決定下一步的行動。

為獲得最佳結果，將您的所有維護技術集成到同一個計算機系統內，以便它們共享相同的設備列表、歷史數據、報告和工作訂單。在將紅外數據與來自其他技術的數據進行關聯之后，就可以一種綜合的形式來報告所有機器設備的實際運行狀況。

紅外熱像設備預測性維護過程

　　1. 開始時使用來自計算機化維護管理系統 (CMMS) 或其它庫存管理工具的現有設備清單。
　　2. 摒棄不適于紅外測量的部件。
　　3. 檢查維護和生產記錄。對易于出故障或經常引起生產問題的關鍵設備進行優先級排序。
　　4. 用一個數據庫或電子表格程序，按區域或功能將關鍵設備集中在一起，劃分為幾個大致2-3 小時的檢查區。
　　5. 使用熱成像儀來獲取每臺關鍵設備的基準圖像時要注意：在某些設備上，您可能要定期捕獲關鍵部件或子系統的多個熱圖像。
　　6. 將基準圖像下載到軟件中，并在需要時通過位置名稱、檢查說明、發射率以及 RTC 和報警值來對您的檢查路線進行歸檔。
　　7. 當要進行下一次檢查時，如果您的熱成像儀支持數據上載，則只需將以前的檢查圖像裝到成像儀中，并按屏幕提示進行操作。

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應用介紹

電機檢測
電機的部件較多，發生故障的部位及原因也較多，通過紅外熱像儀可發現以下問題。

(1)電氣接線(電氣接線盒外殼)
　　問題點：接線端子過熱。
　　可能原因：連接松脫、接線端子氧化腐蝕、連接過緊。
　　建議措施：重新連接或更換接線端子。
　　問題點：電纜過熱。
　　可能原因：不平衡電壓或過載。
　　建議措施：使用萬用表、鉗表或電能質量分析儀予以確認具體原因。

(2)電機外殼溫度分布
　　問題點：外殼部分區域溫度過高。
　　可能原因：內部鐵芯、繞組因絕緣層老化或損壞導致短路。
　　建議措施：拆卸外殼進行檢修。
　　問題點：外殼整體溫度過高
　　可能原因：空氣流動不充分導致散熱故障。
　　建議措施：如果停機時間短，則只對電機空氣進口格柵進行清洗;并在下一次有計劃的停機檢修中，安排一次徹底的電機清洗。

(3)與電機連接的軸承、連軸器
　　問題點：軸承、連軸器溫度過高。
　　可能原因：潤滑不良或軸未對中。
　　建議措施：檢查潤滑情況或對軸進行調整。
　　變壓器檢測
　　變壓器箱體由于油路管道堵塞、渦流損耗、內部異常、鐵芯絕緣不良等造成發熱，紅外熱像儀對變壓器箱體的檢測可以使變壓器箱體始終處于正常溫度，避免變壓器因溫度過高而損壞。
　
電容器柜

電容器在供電系統中主要作無功補償或移相使用，大量裝配在各級變配電系統里。在用電負荷較高的行業(如石化、冶金、造紙、汽車等)，電容器柜是車間內最 常見的電氣設備，其發生故障的頻率相對較高;一旦電容器發生故障，輕則會影響到供電質量，嚴重時還會引發爆炸，導致停產事故。電容器內部的電介質或載流導 體附近電氣絕緣的電介質在交流電壓作用下引起的能量損耗 (介質損耗)，即使在正常狀態下，設備內部的介質和導體周圍的絕緣介質在交流電壓作用下，也會有介質損耗發熱。當絕緣介質的絕緣性能出現缺陷時，會引起介 質損耗增大，電容值變大，導致介質損耗發熱功率增加，從而引起設備運行溫度增加。

根據DL/T 664《帶電設備紅外診斷技術應用導則》，耦合電容器的異常熱像特征為整體或局部有明顯發熱，允許的最大溫升為1.5℃(膜紙型)，允許的同類溫差為0.5℃(膜紙型)。

傳送帶和皮帶輪

橡膠制傳送帶的應用范圍最廣，但橡膠因受長期摩擦或過熱軸承的熱量傳遞，容易發生老化、導致斷裂，嚴重時會引發停產等生產事故。紅外熱像儀可在橡膠傳送帶發生過熱、老化的初級階段及時發現故障隱患，避免事故損失。

在橡膠傳送帶上受到兩個摩擦力：一是與傳送帶上物體的靜摩擦力，若物體與傳送帶有相對運動，靜摩擦力則變為動摩擦力;二是與傳動軸的靜摩擦力，若傳送帶 發生老化，與軸承間也將轉變為動摩擦力。動摩擦力比靜摩擦力給傳動帶造成的發熱量大，橡膠是容易受到高溫老化的材料，長時間處于高溫狀態下，橡膠會發生損 壞、斷裂。此外，由于傳送帶上的物品放置不平衡，導致傳送帶向一側傾斜，也會導致橡膠傳送帶與一側的傳動軸的壓力增大，造成橡膠傳動帶局部過熱。
軸承檢測

軸承的過熱會直接導致電機故障，造成生產線的突然中斷，但軸承工作時運轉速度很快，無法使用接觸式溫度計，紅外熱像儀通過非接觸手段，可對軸承的溫度進行檢測，及時發現軸承過熱故障，保證正常的生產。

所有旋轉設備都在系統的摩擦點(即軸承)處產生熱量。潤滑可降低摩擦，因而可減少并在不同程度上(取決于潤滑類型)將熱量散發。通過熱成像方法，我們可 以在揭示軸承狀況時，形象地觀察到這一過程。當熱圖像指示出有過熱的軸承時，我們應該做出一個維護決定，將軸承更換或者潤滑。

三相不平衡、過載、諧波檢測

過載就是負荷過大，超過了設備本身的額定負載，產生的現象是電流過大，用電設備發熱，線路長期過載會降低線路絕緣水平，甚至燒毀設備或線路。

三相不平衡：是指在電力系統中三相電流(或電壓)幅值不一致，且幅值差超過規定范圍。變壓器內產生環流(及過熱),并可使電動機的效率降低。

電力系統中有非線性(時變或時不變)負載時，即使電源都以工頻50Hz供電，當工頻電壓或電流作用于非線性負載時，就會產生不同于工頻的其它頻率的正弦 電壓或電流，這些不同于工頻頻率的正弦電壓或電流，用傅氏級數展開，就是人們稱的電力諧波。諧波使電能的生產、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產 生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀。諧波可引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧 波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現混亂。對于電力系統外部，諧波對通信設備和電子設備會產生嚴重干擾。

電氣接頭檢測

　　所謂電氣設備熱缺陷，通常是指通過一定手段檢測得到，由于其內在或外在原因所造成的發熱現象。根據缺陷所產生的原因不同，我們通常歸納為以下幾類：
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　　由于外力作用所引起的部件損傷，因而使得的導電截面積減少而產生的發熱。如接頭連接不良，螺栓、墊圈未壓緊或過緊。
　　2.長期運行腐蝕氧化;大氣中的活性氣體、灰塵引起的腐蝕;元器件材質不良，加工安裝工藝不好造成導體損傷;機械振動等各種原因所造成的導體實際截面降低。
　　3.負荷電流不穩或超標等。
　　4.由于電器內部本身故障，如內部連接部件接觸不良導致的電阻過大。

我們知道，發熱功率(P)與接觸電阻(R)、通過電流(I)的平方成正比。正常時，這些連接處(部位)的電阻在允許范圍，通過額定工作電流后發熱也在設 計允許值以內，所以不會影響設備的安全運行。由于以上因素使接觸電阻異常，電流通過時發熱功率增大，而且通電時間越長、電流越大，會產生異常發熱，使溫升 異常增加，就會產生缺陷。

鐵路運輸檢測

電力機車檢測
電力機車內部有大量的電力設備，其運行時會產生很大的熱量，同時由于連接件松動、設備問題等原因將造成機車故障，嚴重時會導致事故的發生，紅外熱像儀可以在機車停車間隙進行巡檢，及時發現機車內部的設備隱患，避免事故的發生。

電力機車內部涉及到紅外熱像儀檢測的部件主要有：主變壓器、調壓開關、變流裝置、牽引電動機、電子控制柜、制動電阻柜等。

輪軸檢測

目前，隨著車速的提高，輪軸溫升的問題愈發重要。這就需要加強對輪軸溫升的監控。當輪軸的溫度高于環境溫度40℃以上的，就必須立即更換，否則會損害軸 承強度及剎車片性能，導致事故，所以當列車進站后就需要進行輪軸的檢測，每次發現的溫度過高情況都需要進行記錄并做標記(最高溫度的輪軸的位置也需要記錄。

火車的輪軸安裝不當和超負荷運轉時，與軸瓦摩擦會產生大量的熱量，嚴重時會使整個車軸發熱變紅，最后發生車軸斷裂，造成翻車事故，紅外熱像儀可以通過非接觸測量來及時發現過熱的輪軸，避免因輪軸溫度過高發生行車事故。