朱國偉，黃 川，陳志明，李 俊，李 超

（華能井岡山電廠，江西 吉安 343009）

0 引言

溫度監(jiān)測是電力設(shè)備最主要的檢測手段之一，與電壓檢測和電流檢測相輔相成[1]。溫度的變化往往代表設(shè)備的運(yùn)行情況，溫度的突然升高或降低一般表示設(shè)備發(fā)生了故障，利用紅外溫差比較法評(píng)定溫度故障情況，根據(jù)設(shè)備可以承受的最大溫度為依據(jù)進(jìn)行判定[2]，比較適合在電流致熱型設(shè)備中使用。特別針對(duì)于電氣設(shè)備的紅外成像技術(shù)，己經(jīng)越來越廣泛地被發(fā)電企業(yè)所應(yīng)用。高質(zhì)量的紅外成像測量、記錄與分析可為電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修工作提供重要的信息來源，并為提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備的劣化趨勢及存在缺陷的部位提供嶄新的技術(shù)思路[3]。本文介紹了華能井岡山電廠的紅外成像監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。

1 紅外成像監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用

電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修，需要監(jiān)測電氣設(shè)備的各種運(yùn)行信息，采集匯總信息數(shù)據(jù)，并通過對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比、分析和判斷，最終得出檢修工作決策，制定相關(guān)檢修處理計(jì)劃[4]。電氣設(shè)備狀態(tài)診斷的方法，除通常的根據(jù)電氣設(shè)備的運(yùn)行記錄、同類設(shè)備或部件的故障統(tǒng)計(jì)資料等信息外，主要是根據(jù)外觀檢查和多種在線監(jiān)測手段來確定設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。狀態(tài)檢修可以根據(jù)先進(jìn)的監(jiān)測手段，得出電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)處于潛伏狀態(tài)的設(shè)備隱患，據(jù)此來確定設(shè)備是否需要退出運(yùn)行，應(yīng)采用何種檢修方案和采取哪些保障措施[5]。

目前在電力系統(tǒng)中，大部分設(shè)備的檢修是計(jì)劃檢修體制，而計(jì)劃檢修的方式是只要設(shè)備的維修周期到了就進(jìn)行維修，而不管設(shè)備的運(yùn)行狀況，因此容易導(dǎo)致設(shè)備的過度檢修或缺乏檢修。火電廠的生產(chǎn)區(qū)域面廣、設(shè)備分布散，因巡視工作量大及個(gè)別人員責(zé)任心不強(qiáng)，常造成漏檢和謊檢情況發(fā)生，導(dǎo)致設(shè)備故障和安全隱患增多。

紅外熱像儀能夠生成紅外圖像或熱輻射圖像，并且能夠提供精確的非接觸溫度測量功能[6]。幾乎所有運(yùn)行設(shè)備在發(fā)生故障之前，溫度都會(huì)有變化，多數(shù)隨之升高，也有溫度降低而發(fā)生故障的。因此，在很多領(lǐng)域內(nèi)，紅外熱像儀是一種經(jīng)濟(jì)有效的檢測工具。比如設(shè)備的接線端子、重要卡件、重要繼電器、重要電磁閥、開關(guān)、端子板、電源模塊、各種高壓接線頭等。

1.1 系統(tǒng)組成

紅外成像監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示，包括：

1）管理員和巡檢員工作電腦、不同網(wǎng)段的以太網(wǎng)交換機(jī)和安裝后臺(tái)專用軟件的管理系統(tǒng)主服務(wù)器。

2）工作電腦與紅外成像監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)隔離網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如物理隔斷的網(wǎng)閘、自定義隔斷的防火墻可選擇性安裝）。

3）智能成像監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)專用交換機(jī)，用于用戶網(wǎng)段與無線內(nèi)網(wǎng)組數(shù)據(jù)交換輸出給后臺(tái)服務(wù)器。

4）無線路由器，手持紅外終端設(shè)備進(jìn)行無線連接工單下載與數(shù)據(jù)上傳后臺(tái)的管理軟件。

5）手持紅外終端設(shè)備，臺(tái)數(shù)根據(jù)巡檢的班組、巡檢設(shè)備來配置。

1.2 巡檢數(shù)量和測點(diǎn)

本廠4臺(tái)機(jī)組實(shí)施的網(wǎng)絡(luò)連接和測點(diǎn)示意圖如圖2所示，每個(gè)班組1臺(tái)智能紅外巡檢終端，包括機(jī)修班331個(gè)測點(diǎn)、電氣一次班82個(gè)測點(diǎn)、電氣二次班15個(gè)測點(diǎn)、機(jī)控班332個(gè)測點(diǎn)、爐控班274個(gè)測點(diǎn)、爐修班186個(gè)測點(diǎn)，合計(jì)共1220個(gè)測點(diǎn)。巡檢終端在檢修樓通過無線局域網(wǎng)接收巡檢工單，到達(dá)現(xiàn)場巡檢（不需要網(wǎng)絡(luò)），在現(xiàn)場掃碼識(shí)別設(shè)備，拍照保存到巡檢終端，巡檢完畢回到檢修樓通過無線局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳到服務(wù)器。巡檢任務(wù)結(jié)束，技術(shù)人員可以在廠內(nèi)MIS系統(tǒng)，通過授權(quán)賬戶登錄，可以查看相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

圖1 系統(tǒng)組成圖Fig.1 System composition diagram

圖2 測點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)連接圖Fig.2 Measuring points and network connection diagram

1.3 巡檢終端

巡檢終端界面、手持終端圖示為日常巡檢的“看板”：主要是看當(dāng)日、周、月、季度、自定義工單的任務(wù)概況；“未巡檢”：查看當(dāng)次工單未巡檢測溫點(diǎn)的編碼及具體地址；“未提交”：查看現(xiàn)場拍照采集好未提交的數(shù)據(jù)；“已完成”：把現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)，已提交到后臺(tái)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可以在“已完成”里面查看所要了解的測溫情況，如圖3所示。

紅外巡檢終端：采用國際成熟、性能優(yōu)異的非制冷焦平面紅外成像模組，和專用工業(yè)PDA的完整結(jié)合，制作出高可靠性、高穩(wěn)定性的紅外巡檢終端。

紅外熱成像鏡頭分辨率：160*120

圖3 巡檢終端界面Fig.3 Inspection terminal interface

圖5 紅外圖片分析Fig.5 Infrared picture analysis

PDA終端主要參數(shù)：CPU（Cortex-A53，1.8GHz 四核RAM，2GBROM，16GB）。

1.4 后臺(tái)分析系統(tǒng)

分析系統(tǒng)主界面如圖4所示，可以在這個(gè)主界面中查看工單列表、工單完成情況、未巡檢設(shè)備數(shù)、已巡檢正常設(shè)備數(shù)、異常設(shè)備數(shù)。

1.4.1 紅外圖片分析

《中國造紙》(刊號(hào)CN11-1967/TS，ISSN 0254-508X)為月刊，每月25日出版，大16開，國內(nèi)定價(jià)：紙質(zhì)版25元/期，電子版25元/期，紙質(zhì)版+電子版40元/期；國外及港澳臺(tái)地區(qū)定價(jià)：40美元/期，電子版40美元/期，紙質(zhì)版+電子版70美元/期。

巡檢數(shù)據(jù)的紅外成像圖片顯示中，白色處為溫度最高的發(fā)熱點(diǎn)，最黑處為最低的溫度點(diǎn)?？梢钥吹秸麄€(gè)圖片的最高溫、最低溫和平均溫度是多少；也可以查看所拍界面每一處溫度情況，可以單點(diǎn)查看溫度，也可以自定義方框內(nèi)查看所在的溫度范圍；可以非常直觀和全面、方便地了解現(xiàn)場所拍照生產(chǎn)設(shè)備的溫度情況。查看方法如圖5所示。

圖4 分析系統(tǒng)主界面Fig.4 Main interface of the analysis system

圖6 溫度趨勢分析Fig.6 Temperature trend analysis

1.4.2 溫度趨勢分析

生產(chǎn)設(shè)備測溫點(diǎn)的歷史溫度趨勢分析圖見圖6，從圖6中左邊的設(shè)備列表中點(diǎn)擊所在的測溫點(diǎn)名稱或編碼就會(huì)彈出歷史數(shù)據(jù)溫度的曲線趨勢分析圖和正異常比例的狀態(tài)分析圖，從曲線分析圖中觀察該測溫點(diǎn)波動(dòng)范圍；從狀態(tài)圖中可以看出，該測溫點(diǎn)巡檢次數(shù)正常與異常占比（紅色為異常，藍(lán)色為正常）；曲線、狀態(tài)趨勢圖的高溫處均為紅色，當(dāng)紅色占比大時(shí)，該測溫點(diǎn)就要引起注意，留意觀察預(yù)警，做防范措施。

1.4.3 工單任務(wù)分配

圖7 工單任務(wù)分配Fig.7 Work order task allocation

工單生成系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較全面、人性化，可以按當(dāng)日指定的時(shí)間生成工單進(jìn)行派單如圖7所示?？梢园匆恢苤兄付ǖ哪骋惶焖付ǖ臅r(shí)間生成工單進(jìn)行派單；可以按一個(gè)月中的某一天所指定的時(shí)間生成工單進(jìn)行派單；可以按季度的1月、4月、7月、10月的1日早上6:20生成工單進(jìn)行派單；也可以自定義計(jì)劃某一天的指定時(shí)間開始到某一天的指定時(shí)間結(jié)束為一個(gè)測溫周期。每個(gè)用戶可以根據(jù)自己的測溫周期具體時(shí)間去計(jì)劃生成想要的工單，所以是高效人性化的設(shè)計(jì)。

1.5 應(yīng)用分析

1）爐控班DCS端子板的后臺(tái)數(shù)據(jù)分析。在辦公室電腦里可以看到采集數(shù)據(jù)，可以在紅外圖片（圖8）和可見光圖片（圖9）切換，紅外圖片可以通過顏色識(shí)別溫度高低，紅外看不清楚的圖片用可見光觀察。兩種方式都可以自由添加點(diǎn)和框查看。

2）電氣一次班升壓站紅外圖片如圖10所示，一張圖片自動(dòng)識(shí)別指定點(diǎn)的溫度，自動(dòng)加入歷史曲線對(duì)比，可實(shí)現(xiàn)本設(shè)備歷史對(duì)比，也可實(shí)現(xiàn)同一時(shí)間不同設(shè)備的對(duì)比。同時(shí)，后臺(tái)系統(tǒng)可對(duì)不同部位單獨(dú)分析。

3）機(jī)控班繼電器柜紅外圖片如圖11所示，通過紅外圖片可以明顯看出工作繼電器的狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)一片繼電器的狀態(tài)監(jiān)視，對(duì)于關(guān)鍵部位自動(dòng)記錄溫度數(shù)據(jù)，做歷史對(duì)比。為通過溫度了解繼電器的工作狀態(tài)提供了非常方便的手段。

以上為部分班組監(jiān)測中抽樣的報(bào)警表與預(yù)警溫度圖。通過紅外手持終端設(shè)備對(duì)重點(diǎn)的生產(chǎn)設(shè)備關(guān)鍵部位進(jìn)行紅外掃描，鎖定高溫點(diǎn)的設(shè)備進(jìn)行分析，雖然運(yùn)行8個(gè)月的時(shí)間，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多起風(fēng)險(xiǎn)值，電一次班發(fā)現(xiàn)升壓站220KV一隔離刀閘A相在負(fù)載相同時(shí)較另外兩相溫度偏高2℃，為臨修調(diào)整檢查做好了預(yù)防。熱控班組發(fā)現(xiàn)一塊卡件的隔離電源溫度高達(dá)90℃，在臨修時(shí)及時(shí)更換備用卡件，為本廠設(shè)備可靠運(yùn)行提供了有力的幫助。

圖8 紅外成像溫度顯示圖片數(shù)據(jù)Fig.8 Infrared imaging temperature display picture data

圖9 可見光溫度顯示圖片數(shù)據(jù)Fig.9 Visible light temperature display picture data

圖10 電氣升壓站紅外圖片F(xiàn)ig.10 Infrared picture of electrical booster station

圖11 繼電器柜紅外圖片F(xiàn)ig.11 Infrared picture of the relay cabinet

2 結(jié)束語

利用紅外成像監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，可以利用紅外成像原理大面積對(duì)不可觸摸的各種部件進(jìn)行紅外掃描拍照，直接從拍照的圖片中清楚的看出設(shè)備溫度的高低，快速鎖定故障部位，可以第一時(shí)間消除隱患，盡而起到對(duì)運(yùn)行設(shè)備預(yù)警的作用。

傳統(tǒng)的紅外成像儀都是監(jiān)視拍照，靠巡視人員的自身素質(zhì)去判斷溫度是否異常，設(shè)備的狀態(tài)、現(xiàn)場拍攝的大量紅外照片回到辦公室?guī)缀鯚o法分清設(shè)備對(duì)應(yīng)關(guān)系，給后續(xù)分析帶來很大困難。而紅外成像監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)只需要手持紅外終端設(shè)備就可以把現(xiàn)場設(shè)備溫度全部掃描并選擇性的拍照，與后臺(tái)聯(lián)網(wǎng)后現(xiàn)場測溫?cái)?shù)據(jù)一鍵提交上傳到后臺(tái)系統(tǒng)，每個(gè)巡檢組通過網(wǎng)址直接登錄到紅外成像監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)后臺(tái)，查看編輯并導(dǎo)出現(xiàn)場的所有測溫?cái)?shù)據(jù)資料。

紅外成像監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的測溫模式具有更方便、快捷、高效。系統(tǒng)對(duì)于設(shè)備狀態(tài)的分析，還可以減少人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，可代替原來多人的、只依靠人眼觀察的巡視及單點(diǎn)測溫的巡檢方式。而紅外成像監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)通過后臺(tái)大數(shù)據(jù)的分析判斷、對(duì)比歷史數(shù)據(jù)，并與同時(shí)運(yùn)行的同類設(shè)備數(shù)據(jù)來比較及早發(fā)現(xiàn)異常，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行有極大的好處。紅外監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)還可以將設(shè)備的臺(tái)賬管理和巡視結(jié)合起來，對(duì)于參與人員來說，通過參與設(shè)備溫度變化而引起設(shè)備異常的分析，積累了豐富的工作經(jīng)驗(yàn)；對(duì)于創(chuàng)新、高效、高價(jià)值產(chǎn)出的紅外成像監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)來說，適合將其推廣到各企業(yè)單位的各種生產(chǎn)設(shè)備的測溫巡檢分析與預(yù)警當(dāng)中。