李洪軍
（山東萊鋼永鋒鋼鐵有限公司 裝備工程部，山東 德州 251100）
摘要：熱成像技術是利用當物體溫度高于絕對零度時都會每時每刻輻射出紅外線的原理，這種紅外線都載有物體的特征信息，利用這種非接觸、無損檢測技術對于高壓設備溫度場的監測，可以發現局部存在的缺陷，防止出現放電等惡性故障。本文正是利用該技術對現場設備組織長期夜查，并在過程中發現故障，通過及時的準確維修，防止重大事故的發生。
關鍵詞：紅外熱成像；無損檢測；長期夜查
紅外診斷是設備在線監測的一項行之有效的技術手段和重要內容。它能及時而準確地發現和診斷運行設備的事故隱患和故障先兆，以便采取合理、可靠的處理措施，降低設備因過熱造成的能源損失和浪費，減少或避免設備因過熱故障而引發的突發性設備事故。由于紅外診斷是對運行中的設備的一種非接觸無損檢測和故障診斷，故能實現設備運行現場大面積溫度分布場的掃描和局部缺陷的定點測溫，技術先進，操作方便，檢測快速。紅外檢測儀器具備的高靈敏度，同時紅外儀器和計算機技術結合，對設備的紅外熱像進行處理，從而實現數據的統計、分析、顯示、存儲等技術功能，便于建立設備狀態和設備檔案管理數據庫。
1 紅外技術的基礎及原理
1.1 紅外技術原理
紅外技術的原理是基于自然界中一切高于絕對零度的物體每時每刻都輻射出紅外線，同時，這種紅外線輻射都載有物體的特征信息，這就為利用紅外技術和判別各種被測目標的溫度高低與熱分布場提供了客觀的基礎。紅外技術是研究紅外輻射產生、傳遞、轉換的技術，它能夠把人眼不能看到的溫度分布圖像清晰展現在人們面前。
紅外線是波長在0.76-1000μm之間的一種電磁波，按波長范圍分為近紅外（0.76-3μm）、中紅外（3-6μm）、遠紅外（6-15μm）、極遠紅外（145-1000μm）四類。它在電磁波連續頻譜中的位置處于無線電波與可見光之間的區域。物體紅外輻射的能量大小與波長與溫度有密切關系，紅外線輻射的能量可用物體表面的溫度來度量，輻射的能量愈大，表明物體的表面溫度愈高；反之表明物體表面的溫度愈低。因此，通過對物體紅外輻射的探測能夠實現對物體表面熱場成像。
常用衡量溫度變化的溫標有華氏溫度（oF0F）、攝氏溫度（℃0C）和熱力學溫度（K）。三者之間的關系：
溫度輻射的能量密度峰值對應的波長隨物體溫度的升高峰值的波長變短，依據維恩定律：
式中：
λ-峰值波長（μm）
T-物體熱力學溫度（K）
從公式（2）可以看出，高溫測量需選用較短的工作波長，低溫測量選用較長的工作波長。
物體輻射功率與物體表面溫度、物體表面發生率成正比，符合斯蒂芬-玻爾茲曼定律：
P=εσT4
式中：
T-物體熱力學溫度（K）
ε-物體表面紅外發射率（輻射系數）
σ-斯蒂芬-玻爾茲曼常數
1.2紅外熱成像設備
紅外成像設備以紅外技術為理論基礎制定的測溫儀器。常用設備有紅外測溫儀、紅外熱電視和紅外熱像儀。其中紅外熱像儀從上世紀八十年代在電力系統開始推廣使用，目前已經廣泛應用于鋼鐵行業。
熱成像儀使用過程中涉及到三個參數發射率、投射率和反射率。其中發射率指溫度相同時，實際物體的輻射強度和黑體的輻射強度之比，影響物體發射率的因素很多，如物體表面的溫度、粗糙度、平整度、顏色、紅外線波長等；投射率指某一輻射入射實際物體時，透過該物體的能量與入射到該物體上的能量之比；反射率指該物體發射能量與入射到該物體上的能量之比。
2 高低壓配電系統溫度監測
高低壓配電系統是鋼鐵企業核心設備，如果出現損壞停機，給設備的順行，生產的穩定造成不必要的損壞，在用高低壓配電系統的動態監測，成為設備運行當務之急。在眾多檢測方法中，紅外熱成像儀溫度檢測經證明是一種有效而便于實施的方法。高低壓配電系統，溫度異常，主要體現在設備超流或長期運行在200A以上的額定電流范圍內；二是電氣接點氧化或虛接；三是電氣連接點接線不規范，沒有安裝接線鼻子，壓接不牢，這些故障都可以通過監測高、低壓配電系統柜內元器件的溫度變化間接發現，山東萊鋼永鋒鋼鐵有限公司利用熱成像技術對于監測電氣設備的發熱故障的擴大，摸索出了一條有效的手段。
3 應用案例研究
3.1 煉鐵4#老機頭除塵12DP柜南側負荷開關
2018年7月9日，利用紅外熱像儀夜查發現煉鐵4#老機頭除塵12DP柜南側負荷開關南側一相溫度150℃（見圖1）。
圖1 除塵柜負荷開關熱像圖 圖2 更換后的負荷開關熱像圖
現場已協調將電場負荷降低，3#4#電場二次電流從860ma降至500ma。負荷開關溫度降至82℃，已經增加溫度檢測頻次。計劃檢修時將負荷進行重新分配，并更換損壞的負荷開關。檢修更換負荷開關后，溫度恢復正常（見圖2）。
3.2 煉鐵廠4#老機頭除塵配電室2室3電場接線端子發熱故障檢測
2018年7月10日，煉鐵廠4#老機頭除塵配電室2室3電場（柜子背面）紅相上側接線端子溫度81℃存在局部高溫，懷疑發熱源在可控硅連接部位，檢修時需要打開徹底處理（見圖3）。
圖3 7月10日測量記錄圖 圖4 檢修后測量記錄圖
經檢修確認，發熱源確實存在于可控硅連接部位，后經更換，再次用紅外熱像儀檢測，溫度降到正常狀態。
3.3煉鋼廠1#svc相電抗器接線端子發熱故障檢測
4 結論
紅外熱成像技術作為非接觸式檢測方法已經得到廣泛應用，特別是在鋼鐵企業電氣系統運行，發熱點故障診斷過程中，山東萊鋼永鋒鋼鐵有限公司裝備工程部組織各分廠部每月進行二次夜視巡查工作、開展溫度狀態檢測，發現了232項負荷開關、電氣接點、電纜頭溫度超溫故障，通過采取有效的措施，防止了重大惡性事故的發生。