摘 要：在火电厂，利用红外热成像技术快速、实时地离线监测和诊断电气设备的过热状态已经得到了广泛应用，并为防止电气设备损坏和由此导致电网大面积停电事故的发生起到了积极的作用。文章在简要介绍红外热成像原理、功能和特点的基础上，介绍了近年来笔者利用红外热成像技术在火电厂开展DCS卡件预防性维修的情况，并就如何进一步拓展红外热成像技术在火电厂的应用范围等进行了探讨，供参考。

　　关键词：红外热成像技术 火电厂 DCS 预防性维修 应用

　　0 引言

　　上世纪90年代起，红外热成像技术开始在我国电力行业得到应用，开始用于电网带电运行设备(如变压器、电抗器、断路器、绝缘子等)故障隐患检测，使电力设备的早期故障诊断和预防性维修成为可能。因此红外热成像技术对提高电气设备的可靠性和安全性，降低维修成本具有十分重要的意义。

　　1 红外热成像技术原理及特点

　　1.1 红外热成像的概念

　　波长为0.78μm～1000μm的电磁波称为红外线，又称红外辐射。自然界中，一切绝对零度(-273℃)以上的物体都可以辐射红外线，因此利用红外热成像技术，便可得到目标的红外热图像。目标的热图像和目标的可见光图像不同，它不是人眼所能看到的目标可见光图像，而是目标表面温度分布图像，即红外热成像技术可使人眼不能直接看到的目标表面温度分布变为人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。

　　1.2 红外热像仪的工作原理

　　红外热像仪由红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统等组成，由红外探测器将被测物体的热辐射能转换成电信号，再经放大处理后转换成标准视频信号在显示器上显示被测物体的红外热图像，其原理见下图1所示。

物体 探测器 热辐射线 红外热像图 图1 红外热像仪工作原理图

　　红外热图像即是对温度灵敏的图像，红外图像的亮暗直接反应了物体温度(辐射能)的高低，温度高的部位图像就亮，反之则稍暗，两者成递增比例关系，从而判断运行设备是否存在异常温升缺陷。

　　1.3 红外热像仪的基本功能和特点

　　目前生产的红外热像仪集红外、可见光、激光定位等功能于一身，因此，不受阳光、气候和其他高温物体的影响;像素数可达320×240;灵敏度可达0.2℃，可以清晰地观察到只有微小温差的目标;准确测温距离可达30m;仪器重量仅为1.7kg;测温范围可达-20～+600℃(可扩展到-40℃～+2000℃);高容量存储卡可保存600幅热图及其文字注释。

　　通过USB或232接口可实现计算机卸载带有温度数据格式的红外热图像，供设备维护检修人员对红外热像图进行分析处理与建档管理。

　　由于进行红外热成像检查时不要求设备停电，因此利用红外热像仪进行检测时具有以下的特点：

　　⑴不接触、不停运、不取样、不解体。节省大量人力，物力和时间。

　　⑵可以及时发现运行中设备的异常征兆，避免发生事故;

　　⑶可进行大面积快速扫描，显示快捷、直观，检测效率高，劳动强度低。

　　⑷既可定性反映是否存在设备故障，又能定量地反映故障严重程度。

　　⑸对已经发现的设备隐患，可随时重点跟踪其运行状况。

　　2 红外热成像技术在火电厂DCS预防性维修中应用

　　如今火电厂热工控制普遍采用DCS(分散控制系统)，而且其控制范围越来越广，由此引起的机组非计划停机和非计划减出力现象频发，造成了极大的浪费。从DCS故障分析发现，DCS故障大多是由于电子元器件的热应力造成的，尤其是CPU和电源卡在工作时会产生大量热量，异常温升不仅会加速电子元器件老化，严重时会导致控制系统出现故障停机。因此，对CPU来说，散热绝对是头等大事之一，通常依赖冷却风扇把CPU自身的热量带走，以确保CPU稳定工作。一旦环境温度过高导致CPU不能有效散热，不但会影响CPU的工作性能和稳定性，而且在严重情况下可能导致系统自动关机而导致生产系统停产事故发生。

　　2.1 红外热成像技术在DCS预防性检修中应用实例

　　针对近年来DCS卡件异常故障频发情况，自2007年夏天起，开始探索利用红外热像仪对DCS运行状况进行热成像普查，并发现了部分DCS卡件异常情况，为有效预防DCS系统故障防止发电机组跳闸事故起到了重要保障作用。

　　(1)案例1：2007年7月12日10:50，在对某自备电厂8号炉和利时公司的DCS电源卡件进行红外热成像普查中发现一电源卡温度高达58℃，见下图2。而与之相邻的电源卡工作温度只有28℃，其它同类电源卡温度均在25～30℃之间。后经更换新电源卡后再次检测卡件温度已下降到27℃以下。

　　图2 某自备电厂8炉DCS电源卡热像图

　　⑵案例2：2008年8月2日14:30，在对某燃机电厂2号机MARK-Ⅴ型DCS系统进行红外热成像检测过程中发现一CPU芯片温度高达72℃，见下图3。经采取强制冷却措施后温度迅速下降到45℃以下。

　　图3 某燃机厂2号机CPU芯片热像图

　　⑶案例3：2009年7月15日11:25，在对某自备电厂3号炉MOX603型DCS系统进行红外热成像普查中发现一电源卡温度高达79℃，见图4。经更换新电源卡后温度下降到32℃以下，避免了因电源卡件故障造成锅炉跳闸事故发生。

　　图4 某自备电厂3号炉DCS电源卡热像图

　　从几年来普查情况分析，DCS系统最易出现异常温升的卡件由电源卡件、工作电源接插件以及CPU芯片等。通过热成像扫描，可以精确地绘制出DCS运行中热像图，从而揭示出电子元器件、电源接插件、芯片等局部过热隐患，指导设备维护检修，变预防性维修为预知性维修，提高DCS系统运行稳定性和使用寿命。

　　2.2 红外热成像技术常用检测方法

　　为了确保火电厂DCS系统稳定工作、延长使用寿命，应建立定期检测制度，及时发现隐患，不断提高和改善DCS系统运行安全性和可靠性。

　　⑴日常巡检。日常巡检是由热控人员借助红外热像仪对DCS关键卡件进行红外检测，并做好记录，便于分析比较。

　　⑵定期普测。根据季节特点(尤其是夏天高温季节)，对运行中的DCS系统及重点设备进行全面普测，并对检测数据进行记录归档，

　　⑶重点跟踪。根据(1)、(2)检测中发现的异常发热隐患或发热点，要进行重点跟踪检测，观察其变化趋势，并做好分析比较，严防重大事故发生。

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