李洪军
（山东莱钢永锋钢铁有限公司 装备工程部，山东 德州 251100）
摘要：热成像技术是利用当物体温度高于绝对零度时都会每时每刻辐射出红外线的原理，这种红外线都载有物体的特征信息，利用这种非接触、无损检测技术对于高压设备温度场的监测，可以发现局部存在的缺陷，防止出现放电等恶性故障。本文正是利用该技术对现场设备组织长期夜查，并在过程中发现故障，通过及时的准确维修，防止重大事故的发生。
关键词：红外热成像；无损检测；长期夜查
红外诊断是设备在线监测的一项行之有效的技术手段和重要内容。它能及时而准确地发现和诊断运行设备的事故隐患和故障先兆，以便采取合理、可靠的处理措施，降低设备因过热造成的能源损失和浪费，减少或避免设备因过热故障而引发的突发性设备事故。由于红外诊断是对运行中的设备的一种非接触无损检测和故障诊断，故能实现设备运行现场大面积温度分布场的扫描和局部缺陷的定点测温，技术先进，操作方便，检测快速。红外检测仪器具备的高灵敏度，同时红外仪器和计算机技术结合，对设备的红外热像进行处理，从而实现数据的统计、分析、显示、存储等技术功能，便于建立设备状态和设备档案管理数据库。
1 红外技术的基础及原理
1.1 红外技术原理
红外技术的原理是基于自然界中一切高于绝对零度的物体每时每刻都辐射出红外线，同时，这种红外线辐射都载有物体的特征信息，这就为利用红外技术和判别各种被测目标的温度高低与热分布场提供了客观的基础。红外技术是研究红外辐射产生、传递、转换的技术，它能够把人眼不能看到的温度分布图像清晰展现在人们面前。
红外线是波长在0.76-1000μm之间的一种电磁波，按波长范围分为近红外（0.76-3μm）、中红外（3-6μm）、远红外（6-15μm）、极远红外（145-1000μm）四类。它在电磁波连续频谱中的位置处于无线电波与可见光之间的区域。物体红外辐射的能量大小与波长与温度有密切关系，红外线辐射的能量可用物体表面的温度来度量，辐射的能量愈大，表明物体的表面温度愈高；反之表明物体表面的温度愈低。因此，通过对物体红外辐射的探测能够实现对物体表面热场成像。
常用衡量温度变化的温标有华氏温度（oF0F）、摄氏温度（℃0C）和热力学温度（K）。三者之间的关系：
温度辐射的能量密度峰值对应的波长随物体温度的升高峰值的波长变短，依据维恩定律：
式中：
λ-峰值波长（μm）
T-物体热力学温度（K）
从公式（2）可以看出，高温测量需选用较短的工作波长，低温测量选用较长的工作波长。
物体辐射功率与物体表面温度、物体表面发生率成正比，符合斯蒂芬-玻尔兹曼定律：
P=εσT4
式中：
T-物体热力学温度（K）
ε-物体表面红外发射率（辐射系数）
σ-斯蒂芬-玻尔兹曼常数
1.2红外热成像设备
红外成像设备以红外技术为理论基础制定的测温仪器。常用设备有红外测温仪、红外热电视和红外热像仪。其中红外热像仪从上世纪八十年代在电力系统开始推广使用，目前已经广泛应用于钢铁行业。
热成像仪使用过程中涉及到三个参数发射率、投射率和反射率。其中发射率指温度相同时，实际物体的辐射强度和黑体的辐射强度之比，影响物体发射率的因素很多，如物体表面的温度、粗糙度、平整度、颜色、红外线波长等；投射率指某一辐射入射实际物体时，透过该物体的能量与入射到该物体上的能量之比；反射率指该物体发射能量与入射到该物体上的能量之比。
2 高低压配电系统温度监测
高低压配电系统是钢铁企业核心设备，如果出现损坏停机，给设备的顺行，生产的稳定造成不必要的损坏，在用高低压配电系统的动态监测，成为设备运行当务之急。在众多检测方法中，红外热成像仪温度检测经证明是一种有效而便于实施的方法。高低压配电系统，温度异常，主要体现在设备超流或长期运行在200A以上的额定电流范围内；二是电气接点氧化或虚接；三是电气连接点接线不规范，没有安装接线鼻子，压接不牢，这些故障都可以通过监测高、低压配电系统柜内元器件的温度变化间接发现，山东莱钢永锋钢铁有限公司利用热成像技术对于监测电气设备的发热故障的扩大，摸索出了一条有效的手段。
3 应用案例研究
3.1 炼铁4#老机头除尘12DP柜南侧负荷开关
2018年7月9日，利用红外热像仪夜查发现炼铁4#老机头除尘12DP柜南侧负荷开关南侧一相温度150℃（见图1）。
图1 除尘柜负荷开关热像图 图2 更换后的负荷开关热像图
现场已协调将电场负荷降低，3#4#电场二次电流从860ma降至500ma。负荷开关温度降至82℃，已经增加温度检测频次。计划检修时将负荷进行重新分配，并更换损坏的负荷开关。检修更换负荷开关后，温度恢复正常（见图2）。
3.2 炼铁厂4#老机头除尘配电室2室3电场接线端子发热故障检测
2018年7月10日，炼铁厂4#老机头除尘配电室2室3电场（柜子背面）红相上侧接线端子温度81℃存在局部高温，怀疑发热源在可控硅连接部位，检修时需要打开彻底处理（见图3）。
图3 7月10日测量记录图 图4 检修后测量记录图
经检修确认，发热源确实存在于可控硅连接部位，后经更换，再次用红外热像仪检测，温度降到正常状态。
3.3炼钢厂1#svc相电抗器接线端子发热故障检测
4 结论
红外热成像技术作为非接触式检测方法已经得到广泛应用，特别是在钢铁企业电气系统运行，发热点故障诊断过程中，山东莱钢永锋钢铁有限公司装备工程部组织各分厂部每月进行二次夜视巡查工作、开展温度状态检测，发现了232项负荷开关、电气接点、电缆头温度超温故障，通过采取有效的措施，防止了重大恶性事故的发生。