Тепловые методы контроля: основные термины и назначение
Тепловые методы контроля (ТМК) основаны на измерении, оценке и анализе температуры контролируемых объектов. Главным условием применения диагностики с помощью тепловых МНК является наличие в диагностируемом объекте тепловых потоков.
Температура – самое универсальное отражение состояния любого оборудования. При практически любом, отличном от нормального режиме работы оборудования изменение температуры является самым первым показателем, указывающим на неисправное состояние. Температурные реакции при разных режимах работы в силу своей универсальности возникают на всех этапах эксплуатации электротехнического оборудования [4].
Инфракрасная диагностика является наиболее перспективным и эффективным направлением развития в диагностике электрооборудования. Она обладает рядом достоинств и преимуществ по сравнению с традиционными методами испытаний, а именно:
1) достоверность, объективность и точность получаемых сведений;
2) безопасность персонала при проведении обследования оборудования;
3) отсутствие необходимости отключения оборудования;
4) отсутствие необходимости подготовки рабочего места;
5) большой объем выполняемых работ за единицу времени;
6) возможность определения дефектов на ранней стадии развития;
7) диагностика большинства типов подстанционного электрооборудования;
8) малые трудозатраты на производство измерений на единицу оборудования.
|
|
|
Применение ТМК основано на том, что наличие практически всех видов дефектов оборудования вызывает изменение температуры дефектных элементов и, как следствие, изменение интенсивности инфракрасного (ИК) излучения, которое может быть зарегистрировано тепловизионными приборами.
ТМК для диагностики электротехнического оборудования на электрических станциях и подстанциях может использоваться для следующих видов оборудования:
1) силовых трансформаторов и их высоковольтных вводов;
2) коммутационного оборудования: силовых выключателей, разъединителей;
3) измерительных трансформаторов: трансформаторов тока (ТТ) и напряжения (ТН);
4) разрядников и ограничителей перенапряжения (ОПН);
5) ошиновки распределительных устройств (РУ);
6) изоляторов;
7) контактных соединений;
8) генераторов (лобовых частей и активной стали);
9) линий электропередачи (ЛЭП) и их конструктивных элементов (например, опоры ЛЭП) и т. д.
ТМК для высоковольтного оборудования как один из современных методов исследования и контроля был введен в «Объем и нормы испытаний электрооборудования РД 34.45 –51.300 – 97» в 1998 году, хотя во многих энергосистемах применялся намного раньше.
Основные приборы для обследования оборудования ТМК
|
|
|
Для проведения обследования электрооборудования ТМК используется тепловизионный измерительный прибор (тепловизор). Согласно ГОСТ Р 8.619 – 2006, тепловизор – оптико-электронный прибор, предназначенный для бесконтактного (дистанционного) наблюдения, измерения и регистрации пространственного / пространственно-временного распределения радиационной температуры объектов, находящихся в поле зрения прибора, путем формирования временной последовательности термограмм и определения температуры поверхности объекта по известным коэффициентам излучения и параметрам съемки (температура окружающей среды, пропускание атмосферы, дистанция наблюдения и т. п.). Иначе говоря, тепловизор – это своего рода телекамера, снимающая объекты в ИК-излучении, позволяющая в реальном времени получить картину распределения теплоты (разницы температур) на поверхности.
Тепловизоры бывают различных модификаций, но принцип работы и конструкции у них примерно одинаковы. Ниже, на рис. 1 представлен внешний вид различных тепловизоров.
Рисунок 1 – Внешний вид тепловизора:
а – профессиональный тепловизор; б – стационарный тепловизор для систем
|
|
|
непрерывного контроля и мониторинга; в – простейший компактный переносной тепловизор
Диапазон измеряемых температур, в зависимости от марки и типа тепловизора, может быть от – 40 до +2000 °C.
Принцип работы тепловизора основан том, что все физические тела нагреты неравномерно, вследствие чего складывается картина распределения ИК- излучения. Другими словами, действие всех тепловизоров основано на фиксировании температурной разницы «объект/фон» и на преобразовании полученной информации в изображение (термограмму), видимое глазом. Термограмма, согласно ГОСТ Р 8.619 – 2006, – это многоэлементное двухмерное изображение, каждому элементу которого приписывается цвет / или градация одного цвета / градация яркости экрана, определяемые в соответствии с условной температурной шкалой. То есть температурные поля объектов рассматриваются в виде цветового изображения, где градации цвета соответствуют градации температур. На рис. 2 представлен пример.
Рисунок 2 – Опорные изоляторы:
а – фотография; б – термограмма
Все цвета на термограммах достаточно условны и не соответствуют реальным цветам. ИК – термограммы визуализируются в одном из цветовых палитр. Связь палитры цветов с температурой на термограмме задается самим оператором, т. е. тепловые изображения являются псевдоцветовыми.
|
|
|
Выбор цветовой палитры термограммы зависит от диапазона используемых температур. Изменение цветовой палитры применяют для увеличения контраста и эффективности визуального восприятия (информативности) термограммы. Число и виды палитр зависят от производителя тепловизора. Приведем основные, наиболее часто используемые палитры для термограмм:
1. RGB (red – красный, green – зеленый, blue – синий);
2. Hot metal (цвета каления металла);
3. Hot blue;
4. Gray (серый);
5. Infratec;
6. Agema;
7. Inframetrics;
8. CMY (cyan – бирюзовый, magenta – пурпурный, yellow – желтый).
На рис. 3 представлена термограмма предохранителей, на примере которой можно рассмотреть основные составляющие (элементы) термограммы:
1. Температурная шкала – определяет соотношение между цветовой гаммой участка термограммы и его температурой;
2. Зона аномального нагрева (характеризуется цветовой гаммой из верхней части температурной шкалы) – элемент оборудования, имеющий повышенную температуру;
3. Линия температурного среза (профиль) – линия, проходящая через зону аномального нагрева и узел, аналогичный дефектному;
4. Температурный график – график, отображающий распределение температуры вдоль линии температурного среза, т. е. по оси Х – порядковые номера точек по длине линии, а по оси Y – значения температуры в этих точках термограммы.
Рисунок 3 – Термограмма предохранителей
В данном случае термограмма представляет собой слияние теплового и реального изображения, что предусматривается не во всех программных продуктах для анализа данных тепловизионной диагностики. Также стоит заметить, что температурный график и линия температурного среза являются элементами анализа данных термограммы и без помощи программного обеспечения для обработки теплового изображения воспользоваться ими невозможно.
Стоит подчеркнуть, что распределение цветов на термограмме выбрано произвольно и в данном примере делит дефекты на три группы: зеленую, желтую, красную. Красная группа объединяет серьезные дефекты, в зеленую группу попадают зарождающиеся дефекты.
Также для бесконтактного измерения температуры используют пирометры, принцип действия которых основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в инфракрасном диапазоне.
На рис. 4 представлен внешний вид различных пирометров.
Рисунок 4 – Внешний вид пирометра
Диапазон измеряемых температур, в зависимости от марки и типа пирометра, может быть от – 100 до +3000 °C.
Принципиальное отличие тепловизоров от пирометров заключается в том, что пирометры измеряют температуру в конкретной точке (до 1 см), а тепловизоры анализируют весь объект целиком, показывая всю разность и колебания температур в любой его точке.
При анализе результатов ИК-диагностики необходимо учитывать конструкции диагностируемого оборудования, способы, условия и продолжительность эксплуатации, технологию изготовления и ряд других факторов.
В таблице 2 рассмотрены основные виды электрооборудования на подстанциях и типы дефектов, выявляемые с помощью ИК-диагностики согласно источнику [4].
В настоящее время тепловизионный контроль электрооборудования и воздушных линий электропередачи предусмотрен РД 34.45 – 51.300 – 97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования».
Таблица 2 – Виды дефектов оборудования на подстанциях, выявляемых с помощью
ИК-диагностики
| Оборудование электростанций и сетей | Выявляемые неисправности |
| Генераторы | Межлистовые замыкания статора. Ухудшение паек обмоток. Оценка теплового состояния щеточного аппарата. Нарушение работы систем охлаждения статоров. Проверка элементов системы возбуждеения. |
| Трансформаторы | Очаги возникновения магнитных полей рассеивания. Образования застойных зон в баках трансформаторов за счет шламообразования, разбухания или смещения изоляции обмоток, неисправности маслосистемы. Дефекты вводов. Оценка эффективности работы систем охлаждения. |
| Коммутационная аппаратура | Перегрев контактов токоведущих шин, рабочих и дугогасительных камер. Состояние внутрибаковой изоляции. Дефекты вводов, делительных конденсаторов. Трещины опоростержневых изоляторов |
| Маслонаполненные трансформаторы тока | Перегревы наружных и внутренних контактных соединений. Ухудшение состояния внутренней изоляции обмоток |
| Вентильные разрядники и ограничители перенапряжений | Нарушение герметизации элементов. Обрыв шунтирующих сопротивлений. Неправильная комплектация элементов. |
| Конденсаторы | Пробой секций элементов |
| Линейные ВЧ заградители | Перегревы контактных соединений |
| КРУ, КРУН, токопроводы | Перегревы контактных соединений выключателей, разъединителей, трансформаторов тока, кабелей, токоведущих шин и т. п. |
| Кабельное хозяйство электростанций | Перегревы силовых кабелей, оценка пожароопас-ности кабелей |
Контрольные вопросы (к п. №3):
1. Что понимается под дефектом электрооборудования? В какой момент эксплуатации оборудования могут возникать дефекты?
2. Перечислить основные категории или степени развития дефекта электрооборудования.
3. Назвать возможные решения (мероприятия) по устранению выявленных дефектов электрооборудования.
4. Назвать возможные ошибки метода неразрушающего контроля (НК) и объяснить, к каким последствиям могут привести эти ошибки.
5. Перечислить и пояснить факторы, влияющие на результаты измерений или анализ полученных данных при неразрушающем контроле (НК).
6. Перечислить основные методы неразрушающего контроля (НК).
7. На чём основаны тепловые методы контроля (ТМК)?
8. Перечислить основные преимущества инфракрасной диагностики (ИК-диагностики) по сравнению с традиционными методами испытаний.
9. Для диагностики каких видов электрооборудования могут быть использованы тепловые методы контроля (ТМК)?
10. Назвать основные приборы, используемые для обследования оборудования тепловыми методами контроля (ТМК).
11. Объяснить, что такое тепловизор? Для чего предназначен этот прибор и в чём заключается принцип его работы?
12. В каком диапазоне измеряемых температур могут работать тепловизоры?
13. Объяснить, что такое термограмма?
14. Перечислить и объяснить основные палитры используемые для термограмм.
15. Перечислить и объяснить основные составляющие (элементы) термограммы.
16. Объяснить, что такое пирометры, на чём основано действие этих приборов и для каких целей они применяются?
17. В каком диапазоне измеряемых температур могут работать пирометры?
18. В чём заключается принципиальное отличие тепловизора от пирометра?
19. Какие факторы необходимо учитывать при анализе результатов инфракрасной диагностики?
20. Какие виды дефектов можно определить при инфракрасной диагностике генераторов?
21. Какие виды дефектов можно определить при инфракрасной диагностике трансформаторов?
22. Какие виды дефектов можно определить при инфракрасной диагностике коммутационной аппаратуры?
23. Какие виды дефектов можно определить при инфракрасной диагностике маслонаполненных трансформаторов тока?
24. Какие виды дефектов можно определить при инфракрасной диагностике вентильных разрядников и ограничителей перенапряжений?
25. Какие виды дефектов можно определить при инфракрасной диагностике конденсаторов?
26. Какие виды дефектов можно определить при инфракрасной диагностике линейных ВЧ заградителей?
27. Какие виды дефектов можно определить при инфракрасной диагностике КРУ, КРУН, токопроводов?
28. Какие виды дефектов можно определить при инфракрасной диагностике кабелей?
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 571; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!