ОСНОВЫ ТЕПЛОВИДЕНИЯ

Общие положения

Инфракрасная диагностика - это наиболее перспективное и эффективное направление развития в диагностике электрооборудования, которое обладает рядом достоинств и преимуществ по сравнению с традиционными методами испытаний, а именно:

безопасность персонала при проведении измерений;
не требуется отключение оборудования;
не требуется подготовки рабочего места;
большой объём выполняемых работ за единицу времени;
возможность определение дефектов на ранней стадии развития;
диагностика всех типов подстанционного электрооборудования;
малые трудозатраты на производство измерений;
достоверность и точность получаемых сведений.

Для тепловизионных наблюдений и измерений используют два основных "окна прозрачности" атмосферы 3-5 мкм и 8-12 мкм, в которых и работают тепловизоры. В настоящее время данные приборы начинают широко использоваться во многих отраслях промышлен- ности, науке и медицине. Однако рассмотрение вопросов о их применении в других отрас- лях выходит за тему данного пособия.

Области применения тепловизоров TR

Авиакосмическая. ИК-влагометрия; дефекты структуры компазитов, готовых панелей, клеевых и др. соединений, защитных покрытий, контроль теплового режима бортовых РЭА, пирометрия лопаток ГТД, аэродинамический эксперимент.

Атомная энергетика.Тепловая дефектометрия ТВЭЛ, дистанционный мониторинг энергокоммуникаций, контроль напряжённого состояния металла, анализ пористости материалов

Автомобильная промышленность. Дефектоскопия упрочняющих покрытий, качества закалки и термоупрочнения

Агрокомплекс. Энергообследование объектов с/х на предмет энергосбережения, контроль ТФК продуктов, дефектоскопия деталей сельхозтехники, состояния зернохранилищ, накопительных резервуаров

Вентиляция и кондиционирование. Диагностика качества герметичности коммуникаций, контроль технического состояния воздушных компрессоров, вакуум-насосов

Водоснабжение, теплотрассы, автодороги, канализация. Картирование трубопроводов и дорог, обнаружение мест утечек и нарушений гидро-теплоизоляционного покрытия теплотрасс, определение мест и степени активизации мерзлотных, эрозийных, оползневых и обводняющих процессов, диагностика балок и плит перекрытия мостов в статике и динамике

Железнодорожная отрасль. Обнаружение перегрева букс, дефектов контактных сетей, определение мест и величины стока электричества на изоляторах, диагностика электрооборудования подвижного состава, рельсов, опор и пролётных строений мостов в статике и динамике

Лазерная техника. Анализ тепловых режимов активных элементов лазеров

Машиностроение. Контроль тепловых режимов работы, машин, механизмов, дефектоскопия деталей, узлов; обнаружение и распознавание внутренних нарушений сплошности в изделиях различных форм (в т.ч из полимерных и композитных материалов)

Материаловедение. Тепловая диагностика напряжённого состояния объектов на основе термоэластического эффекта, контроль ТФК конструкционных материалов

Металлургия. Обнаружение во всех видах металлопроката дефектов в соответствии с нормативной документацией при скоростях перемещения проката от 0 до 2 м/с и температуре до 450 град.С, контроль технического состояния крупных тепловыделяющих объектов (доменных, коксовых, цементных и др.) печей, котлов, воздуховодов, дымоходных труб и т.п. в процессе их эксплуатации, определение и контроль утонения защитных оболочек тепловых агрегатов, распределения и динамики изменения температурных полей, местоположения аномальных участков, их формы и других параметров, контроль температуры расплавов

Медицина, здравоохранение. Термодиагностика сосудистых заболеваний, онкологии, кожных болезней и др.

Микроэлектроника. Лазерный контроль пайки. сварки; ИК-томография полупроводников, БИС; дефекты теплоотводов.

Нефтегазопроводы. Обнаружение утечек и экологический контроль охранных зон с помощью лазерной, инфракрасной, радиометрической и других измерительных систем, диагностика состояния изоляционного покрытия и эффективности катодной защиты, герметичности швов, утончения стенок труб, фиксация несанкционированных подключений, определение пространственного положения магистральных трубопроводов, а также выявление нарушений залегания трубопроводов в грунте (разрушение насыпи и обваловки, всплытий и обнажений трубы, деформаций трубопровода в результате подвижек грунта и т.д), координатная привязка трубопроводов, контроль пересечений и несанкционированных подключений и т.д

Нефтехимия. ТНК реакторных колонн и энергоагрегатов, обнаружение утечек из продуктопроводов

Стройиндустрия, ЖКХ, энергоаудит. Выявление и распознавание дефектов в строительных конструкциях, определение плотности теплового потока ограждающих конструкций, коэффициента теплообмена наружных поверхностей, коэффициента теплопередачи, приведённого в конкретных зонах и термического сопротивления; выявление зон повышенных теплопотерь; оценка энергоэффективности наружных ограждающих конструкций с определением зон сверхнормативных потерь тепловых мостов и др.

Холодильные камеры и склады. Диагностика состояния эффективности работы систем охлаждения оборудования, определение дефектных зон термоизоляции

Появление и развитие многих дефектов сопровождается повышением температуры поверхности аппарата или какой-то его части, что может быть выявлено при проведении тепловизионного обследования. Обладая многими достоинствами, данный вид диагностики не является "панацеей от всех болезней", и даёт наибольший эффект в сочетании с другими методами, например с хроматографическим анализом растворённых газов (ХАРГ) в масле, методом выявления дефектов под рабочим напряжением и др. При тепловизионном контроле должны применяться тепловизоры с разрешающей способностью не хуже 0,1 град. и спектральным диапазоном (как рекомендуют "Нормы..." РД 34.45-51.300-97) 8-12 мкм. Однако, из своего опыта можем сказать, что с таким же успехом можно использовать и коротковолновую камеру со спектральным диапазоном 3-5 мкм. Кроме того, будет большим плюсом если Вы создадите альбом термограмм дефектов, характерных для каждого типа оборудования. Теперь рассмотрим, что можно получить от тепловизионного обследования и что для этого нужно.

Тепловизор и его основные характеристики

Тепловизор - это прибор, принцип работы которого основан на способности улавливать ИК-излучение от обследуемых объектов и определять температуру, либо преобразовывать его в визуальную картинку распределения тепловых полей по поверхности объекта.

С помощью тепловизоров TR может решаться широкий спектр задач по диагностике электрооборудования подстанций и тепломеханического оборудования станций, а так же ряд других задач, не относящихся к энергетике. Ранее широкое применение в энергосистемах находили модели тепловизоров разных известных зарубежных фирм из Швеции и США. В настоящее время пробили себе дорогу на российский рынок тепловизоры японского и европейского производства (например, серия TR). Имеются и отечественные тепловизоры с техническими данными, не уступающие зарубежным собратьям, а по некоторым параметрам даже их превосходящие. Важными характеристиками аппарата, определяющими его технический уровень являются следующие параметры:

Температурное разрешение. Минимальная различимая разность температур объекта и его фона. Должна быть не хуже 0,1 град. при температуре +30 град. Большинство приборов удовлетворяют этому требованию.

Пространственное разрешение. Элементарный телесный угол, которым осущест- вляется анализ пространства;

Диапазон измеряемых температур. Верхний предел должен быть не менее 200 град. для контроля электрооборудования. При обследовании тепломеханического оборудования, этот порог имеет смысл увеличить до 500 град., а иногда и более. Произ- водителями предлагаются тепловизоры с такими опциями;

Спектральный диапазон. Рабочая спектральная область тепловизора. Рекомендуемый РД 34.45-51.300-97 спектральный диапазон измерений 8-12 мкм;

Автокомпенсация. Воздействия внешних факторов. В тепловизоре должна быть предусмотрена компенсация температуры окружающей среды, излучательной способности объекта, расстояния, с которого выполняется съёмка;

Скорость формирования изображения. Число изображений получаемых в секунду. Важна при регистрации высокодинамичных тепловых процессов и при съёмке с автомобиля или вертолёта;

Энергопотребление. Расход энергии является основным фактором при выборе параметров батареи для работы в полевых условиях;

Охлаждение ИК-детектора. Метод охлаждения детектора тепловизора влияет на его характеристики. Поэтому чтобы повысить обнаружительную способность, необходимо уменьшить собственное излучение детектора. Основные способы охлаждения: жидким азотом, система микрохолодильника Стирлинга и за счёт термоэлектрического эффекта. В настоящее время на рынок инфракрасной аппаратуры предложены тепловизоры нового поколения с неохлаждаемыми матричными детекторами;

Масса. При работе в полевых условиях имеет большое значение и характеризует портативность системы;

Специфические требования к эксплуатации тепловизора. К ним относятся климатические факторы, вибрационные воздействия, удобства пользования при работе в любое время суток и т.п.

Имеются и другие характеристики, определяющие функциональные возможности аппарата. С ними Вы можете ознакомиться в разделе Тепловизоры, просмотрев любую модель прибора. При выборе тепловизора необходимо предусмотреть возможность сменного объектива, если в этом появится необходимость в процессе эксплуатации. Большинство тепловизоров предлагаемых потребителю, имеют широкий набор дополнительных функций (запись голосовых комментариев, встроенная цифровая камера, функции сигнализации максимальной и минимальной температур, цифровое увеличение изображения и т.д.), которые могут быть полезны и эффективны в работе, но при этом отражаться на цене прибора.

Объекты контроля:

силовые трансформаторы (вводы, баки, системы охлаждения);
трансформаторы тока (ТТ);
трансформаторы напряжения (ТН);
конденсаторы связи (КС);
ВЧ-заградители;
масляные ((МВ) баки и вводы) и воздушные (ВВ) выключатели;
разрядники (РВС);
ограничители перенапряжений (ОПН);
опорные металлические конструкции шинных мостов и экранированных
токопроводов;
подвесные и опорные фарфоровые изоляторы;
все типы контактов и контактных соединений.

Примечание: при тепловизионном контроле необходимо уделять внимание локальным (местным) нагревом в оборудовании (в ТН, ТТ, КС) т.к. именно они являются наиболее опасными по сравнению с общим нагревом аппарата.

Оборудование необходимое для съёмки:

тепловизор серии TR;
фонарь;
дальномер (желательно);
бинокль (желательно);
термогигрометр (измеритель влажности и температуры воздуха) (желательно).

Расстояние до объекта, влажность и температура воздуха учитываются в программе при обработке снимков. Необходима тетрадь и карандаш для записи результатов или протокол для съёмки .

Обследование зданий тепловизором BALTECH TR-0110-ZERO

Следующая страница →

Рекомендации при проведении тепловизионных обследований:

работы лучше производить в тёмное время суток или в пасмурную погоду при отсутствии прямого солнечного света, дождя и сильного ветра в тёплое время года для получения достоверной и точной информации;
желательно при нагрузке не менее 50% от номинальной (при более низкой нагрузке возможно выявление только аварийных или близких к такому состоянию дефектов);
делать снимок всех трёх фаз оборудования (например, РВС, ТТ и т.д );
снимать желательно с того места, откуда проводилась предыдущая съёмка, а так же осуществить осмотр объекта с 2-3-х точек обзора, обеспечивающих полную его видимость;
учитывать влияние внешних факторов влияющих на достоверность результатов обследования (искусственное освещение на подстанции в ночное время, близкое расположение к обследуемому объекту другого более нагретого оборудования, например, силового трансформатора);
при проведении измерений однотипных объектов необходимо располагать тепловизор на одинаковом расстоянии под одинаковым углом к оптической оси и поверхности объекта;
проводить обследование электрооборудования, только что поставленного под напряжение - нецелесообразно;
необходимо учитывать коэффициент излучения обследуемого объекта при определении абсолютного значения температуры (так до блеска зачищенная гильза контакта может выглядеть на снимке нагретой). В противном случае, состояние можно определить путём пофазного сравнения температуры нагрева оборудования одного присоединения;
не рекомендуется снимать коротковолновой камерой при температуре окружающего воздуха ниже +5 град. (слабо нагретые объекты сливаются с фоном и почти не различимы).

Возможные решения по результатам обследования:

заменить оборудование, его часть или элемент;
выполнить ремонт оборудования или его элемента (после этого желательно провести дополни-тельное тепловизионное обследование для оценки качества выполненного ремонта);
оставить в эксплуатации, но уменьшить время между периодическими обследованиями (учащённый контроль);
провести другие дополнительные испытания.

Периодичность обследований:

Периодичность обследования электрооборудования должна быть меньше времени развития дефекта (ов) характерного (ых) для данного типа оборудования. Принимается следующая периодичность проведения тепловизионного контроля:

Электрооборудование распределительных устройств на напряжение:

35 кВ и ниже - 1 раз в 3 года;
110-220 кВ - 1 раз в 2 года;
300-750 кВ - ежегодно.

Однако, с такой периодичностью трудно согласиться, поскольку, как правило, в большинстве случаев время развития дефекта составляет менее 1 года (за исключением контактов и контактных соединений). И хотя на практике не всегда удаётся ежегодно обследовать всё электрооборудование (не хватает людей, техники и т.д), но надо к этому стремиться. Кроме того, обследование поможет оценить качество выполненных работ по ремонту оборудования.

Создание отчёта (протокола) обследования:

После тепловизионного обследования подстанции, с помощью специальной программы (с каждым тепловизором должно поставляться и программное обеспечение) производится обработка термограмм, анализ полученных результатов. На их основе формируется отчёт (протокол), в котором указывается:

филиал, подстанция, дата, время начала и окончания съёмки, погодные условия (температура, влажность), тип обследуемого оборудования;
перечень выявленного дефектного оборудования, к которому прилагаются термограммы и результаты обработки (таблицы расчётов изоляционных характеристик аппаратов);
рекомендации и сроки по устранению дефектов;
подпись лица, проводившего съёмку.

Необходимо отметить, что на оборудование и на контакты желательно выдавать отдельные протоколы, т.к устранением дефектов оборудования и контактов, как правило, занимаются разные службы. После создания, отчёт отправляется в филиал. Дефекты выявленные при ИК-контроле и носящие аварийный характер, должны фиксироваться в журнале дефектов, имеющихся на подстанциях.

Какие данные и где их хранить:

После создания отчёта и выдачи рекомендаций возникает вопрос: "Какие данные и где (или на чём) лучше хранить. Лично я сохраняю только обработанные термограммы и их результаты (т.е. области, гистограммы), а исходные файлы удаляют за ненадобностью. Для того, чтобы имена сохраняемых файлов были более информативными, используется следующая система сокращений для каждого типа оборудования. Общая схема имени сохраняемого файла выглядит таким образом:

Тип и класс напряжения оборудования-присоединение-фазы

Для наглядности, ниже приведена таблица примеров таких сокращений.

Тип оборудования	Пример имени, сохраняемого файла
Силовые трансформаторы (автотрансформаторы): Бак Вводы Радиаторы Термосифонный фильтр	Бак_АТ1_стор.220.ana Вводы10_Т2_АВС.ana Радиатор_Т1_стор.110.ana ТСФ_Т1.ana
Трансформаторы напряжения	ТН220_Искра_АВС.ana
Трансформаторы тока	ТТ35_Т1_СА.ana
Конденсаторы связи	КС110_СОМВ_С.ana
Масляные выключатели	МВ35_Т2_СВА.ana
Вводы масляных выключателей	ВМВ110_Юбилейная_c_ВЛ_АВС.ana ВМВ110_Юбилейная_c_шин_СВА.ana
Контакты и контактные соединения	К_МВ35_Городская_с_ЛР_АВС.ana
Разрядники	РВС110_2с.ш_АВС.ana
Ограничители перенапряжений	ОПН220_АТ1_СВА.ana
Изоляторы	Изолятор_яч.10_ТСН2_СВА.ana

.ana - расширение файла (термограммы).

Хранить данные лучше на CD диске - это достаточно объёмный и надёжный носитель. Результаты каждого года обследований записываются на отдельный CD-диск, т.е получается статистика по годам. Сохраняя данные, Вы тем самым создаёте базу данных (БД), которая даёт возможность делать выводы по результатам съёмок, прогнозировать составление графиков обследований подстанций. Структуру хранения снимков и результатов их обработки представлена:

Схема хранения данных

Вы можете создать свою схему, которая будет оптимальна для Вас.

Наличие методики.

ИЗБЫТОЧНАЯ ТЕМПЕРАТУРА - превышение измеренной температуры контролируемого узла над температурой аналогичных узлов других фаз, находящихся в одинаковых условиях. ПРЕВЫШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ - разность между измеренной температурой нагрева и температурой окружающего воздуха.

Необходимо особо отметить один из главных моментов (если не самый главный) в диагностике и оценке состояния электрооборудования - это наличие методики, позволяющей производить расчёты изоляционных характеристик электрооборудования и определяющей критерии отбраковки для каждого типа оборудования. Одна из таких методик разработана специалистами компании «Балтех» (Санкт-Петербург). Оценка состояния электрооборудования и токоведущих частей, согласно методике, осуществляется по избыточной температуре контролируемого узла. На её основе, а точнее по результатам расчётов, можно разработать план мероприятий и сроки по устранению выявленных дефектов. Такие методики, по оценке состояния электрооборудования, можно приобрести в Отделе Технического Сервиса компании Балтех.

Следующая страница →