Тепловизионный контроль теплового состояния электрооборудования - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Производство и ресурсы

Автор : В.В. Любас
4499
Тепловизионный контроль теплового состояния электрооборудования
(Окончание. Начало см. Э 4,6/2008)

Влияние параметров, определяющих скорость обновления изображений, поле зрения, пространственное разрешение и др., на эффективность ИК диагностики электрооборудования [3] . При проведении ИК диагностики высоковольтного электрооборудования термографист из-за необходимости за короткое время проводить обследование большого количества контактных соединений в токоведущих контурах электроподстанций, протяженных линий электропередачи и другого электрооборудования вынужден постоянно переводить тепловизионную камеру с одного обследуемого объекта на другой. Поэтому в ИК диагностике очень важное значение имеет способность тепловизора создавать четкие тепловые изображения обследуемых объектов в режиме реального времени. Эта способность определяется временем сканирования (частотой смены кадров ИК изображений). В ИК камерах, в основу которых положен принцип оптико-механического сканирования с временем от 1 до 1,5 с, при перемещении объектива тепловизора создаются смазанные тепловые изображения, не позволяющие выявить тепловые аномалии с небольшой избыточной температурой. Поэтому для создания с помощью таких камер качественных термограмм требуется их установка на штатив, что существенно замедляет процесс тепловизионного обследования оборудования. В отличие от этого в термографических системах ThermaCAM ™ частота смены кадров ИК изображения составляет 50/60 Гц, то есть в них кадры изображения обновляются в 75 раз быстрее, чем в тепловизоре с оптико-механическим сканированием . Это позволяет, например, контролировать температурный режим протяженных воздушных линий электропередачи даже не выходя из салона движущегося автомобиля или находясь в кабине вертолета. Кроме того, способность ИК систем ThermaCAM ™ работать в режиме реального времени создает хорошие условия для точной ручной или автоматической, не превышающей одной секунды, фокусировки изображения.

Следующим важным параметром, влияющим на качество получаемых тепловых изображений обследуемого электрооборудования, является поле зрения (минимальное фокусное расстояние). Этот параметр особенно важен в двух крайних случаях: когда расположение обследуемого объекта не позволяет термографисту удалиться от него на расстояние, достаточное для захвата всех его частей, необходимых для съемки, и формирования приемлемого изображения, и когда термографист, удалившись от подлежащего тепловизионному обследованию объекта на значительное расстояние из-за слишком большого количества оборудования, попадающего в область съемки, не в состоянии выделить обследуемый поврежденный объект. Для максимально эффективного использования возможностей термографической съемки в таких случаях необходимо правильно выбирать объектив тепловизора с учетом его поля зрения.

В термографических системах ThermaCAM ™ с встроенным объективом 24°x18° задача правильного выбора объектива тепловизора с учетом его поля зрения практически всегда решается очень просто – путем установки съемных объективов с полями зрения 7° x 5,3°, 12° x 9°, 45° x 34° и 80° x 60°. При этом для крупноплановой съемки больших участков в ограниченном пространстве наиболее удобен широкоугольный 45-градусный объектив, а для съемки малых объектов, наблюдаемых на расстоянии, – телеобъектив с углом обзора 7°, позволяющий получать более подробные изображения. Время установки съемного объектива занимает одну секунду.

В качестве примера на рис.10 рис.11 для сравнения показаны тепловые изображения ВЧ-заградителя напряжением 110 кВ, снятые с одного и того же расстояния, составляющего около 15 м, термографической системой ThermaCAM ™ S 60 с использованием объективов с различными полями зрения – встроенным 24-градусным и съемным 12-градусным объективами соответственно.

В ряде случаев, в особенности при тепловизионном обследовании объектов, находящихся на значительном удалении от термографиста, таких, например, как контактные соединения ЛЭП высокого напряжения и др., необходимо оценивать такой параметр ИК камеры, как пространственное разрешение (мгновенное поле зрения – IFOV ) . Этот параметр, характеризующий способность тепловизора различать мелкие предметы на большом расстоянии, по существу представляет собой поле зрения каждого элемента матрицы ИК камеры. Если хотя бы один из элементов этой матрицы меньше размеров обследуемого объекта, ИК камера в состоянии точно измерить его температуру. Если же какой-либо элемент матрицы превышает размер обследуемого объекта, ИК камера будет захватывать излучение и от соседних с ним объектов и поэтому измерения будут некорректными. Например, температура контактных соединений ЛЭП может занижаться под влиянием более низкой температуры неба. На рис.12 в качестве примера показано тепловое изображение опоры ЛЭП напряжением 150 кВ с дефектами контактных соединений в шлейфах, выполненное термографической системой ThermaCAM ™ S 60.

Важной технической характеристикой ИК камеры является ее минимальное фокусное расстояние , то есть наименьшее расстояние, на котором тепловизор способен выполнять четко сфокусированные изображения и корректно измерять температуру обследуемого объекта. Термографические системы ThermaCAM™ со встроенным 24-градусным объективом, имеющим пространственное разрешение 1,3 мрад, позволяют получать термограммы максимально хорошего качества для объектов квадратной формы со стороной 1 см, находящихся от термографиста в интервале расстояний от 0,3 до 7,7 м; со стороной 3 см – на расстояниях, в 3 раза больших, и т.д. Если же воспользоваться 12-градусным съемным объективом, то это позволит увеличить размеры объекта в 2 раза.

При отсутствии съемных объективов для анализа термограмм может быть использована предусмотренная в ИК камере системы ThermaCAM™ функция электронного масштабирования (zoom), позволяющая плавным изменением коэффициента масштабирования в диапазоне от 1 до 4 увеличивать обследуемый объект не только в 2 или 4 раза, но и, например, в 1,25 или в 3,5 раза. Тем самым, применяя электронное масштабирование, появляется возможность подбора на термограмме любого оптимального размера этого объекта для детального изучения температурных полей на его поверхности.

Следующим важным параметром, непосредственно влияющим на точность измерения температуры обследуемого электрооборудования в любое время года, является интервал изменения температур, которые могут быть измерены тепловизором и отображены на термограммах. Отличительной особенностью термографических систем ThermaCAM™ серий 60 и 65 является то, что в них предусмотрен достаточно широкий рабочий диапазон изменения температуры обследуемого электрооборудования: от –40 до +1500°С, причем, используя оптические фильтры, этот диапазон температур можно дополнительно расширить до +2000°С. Столь низкие значения измеряемых тепловизором температур обусловлены тем, что ИК диагностика электрооборудования наиболее эффективна при максимальной нагрузке, которая имеет место зимой, а до высоких значений температур могут нагреться отдельные элементы оборудования в случае возникновения в них тех или иных дефектов [3].

Сервис, предусмотренный в термографических системах ThermaCAM™ . В рассматриваемых термографических системах предусмотрен довольно широкий и к тому же весьма разнообразный сервис. Не имея возможности в рамках небольшой журнальной статьи привести его подробную характеристику, ограничимся лишь перечислением основных сервисных услуг, предусмотренных в этих системах.

Основные сервисные услуги, предусмотренные в термографических системах ThermaCAM™, следующие [3]:

  • Сопровождение тепловых изображений речевыми (голосовыми) комментариями в виде 30-секундной цифровой записи голоса в файле с изображением. Наличие этой сервисной услуги исключает потребность в ведении заметок в ходе обследования термограмм, существенно сокращает вероятность потери данных или возникновения ошибки при их обработке, упрощает процесс видеосъемки и проведение анализа при составлении отчета.
  • Возможность в моделях ThermaCAM™ серии 65 осуществлять быструю безопасную привязку обнаруженного дефекта, показываемого на ИК изображении при включении режима визуальной съемки, к конструкции обследуемого аппарата с помощью встроенного лазерного указателя Laser LocatlRTM, который приводится в действие нажатием кнопки.
  • Вывод электрического сигнала с выхода ИК приемника на дисплей, параметры визуализации которого не уступают техническим характеристикам детектора. Наличие видеовыхода в термографических системах ThermaCAM™ позволяет осуществлять видеозапись ИК съемки в режиме реального времени, что весьма удобно, например, при тепловизионном контроле воздушной линии электропередачи с вертолета.
  • Наличие в моделях тепловизоров термографических систем ThermaCAM™ серий 60 и 65 большого запаса памяти, достаточного для сохранения более 1000 изображений размером от 150 до 250 кбайт на компактной съемной FLASH-карте емкостью 256 Мбайт или во встроенной FLASH-памяти самой камеры, способной сохранять 50 изображений. Термограммы сохраняются в виде полноформатных радиометрических изображений стандарта JPEG в формате, обеспечивающем возможность дальнейшего изменения параметров изображения для проведения исчерпывающего анализа, а также для пересылки тепловых и визуальных изображений по электронной почте и последующего их просмотра адресатом с помощью текстового редактора в WINDOWS.

Термографический контроль электрооборудования в Украине

Практическая термография электрооборудования в бывшем Советском Союзе впервые начала применяться в Украине, в ЦНИЭЛ ВЭО "Донбассэнерго", после установки в этом объединении в 1976 году нескольких отечественных тепловизоров серии ИФ (ИФ-14ТВ и ИФ-20ТВ), "Электрон" (КТА-1), американского тепловизора "Проубай", а затем и шведского тепловизионного комплекса "А G А-782". За период с 1982 по 1988 год в ВЭО "Донбассэнерго" было обследовано более 500 распределительных устройств разного класса напряжения (54300 единиц электрооборудования), 256 ВЛ протяженностью 13169 км (из них 194 с вертолета), обнаружено 756 единиц дефектного электрооборудования, 2538 дефектных контактных соединений (из них 247 – на ВЛ) [4] .

Это были самые первые шаги в развитии термографии в Украине. В течение последующих двух десятилетий ИК диагностика в электроэнергетике Украины развивалась быстрыми темпами: появились новые, современные тепловизоры и пирометры, был наработан большой практический опыт термографического контроля и диагностики электроустановок. Так, например, на Чернобыльской АЭС, которая стала первой из АЭС Украины, внедрившей этот вид диагностики, в 1994 г. появилась   термографическая система " Тhermovision-880" шведской компании АGЕМА Infrared Systems, несколько позднее современные тепловизоры стали применять и на других АЭС, в НЭК "Укрэнерго", а также в ряде энергосистем Украины. В качестве иллюстраций применения в этот период времени ИК диагностики в Украине на двух фотографиях показаны фрагменты обследования термографической системой "Тhermovision-550 Рro" на Чернобыльской АЭС в 1999 году электрооборудования КРУ-0,4 кВ (рис. 13) и силового трансформатора (рис.14), проведенные этой же системой в 2000 году.

Несмотря на накопленный за прошедший период времени многолетний положительный опыт практического применения ИК диагностики электрооборудования в Донбасской, Центральной и Юго-западной энергосистемах НЭК "Укрэнерго", на Чернобыльской и других АЭС, все же эта диагностика до последнего времени продолжала применяться только на отдельных энергетических объектах и, к сожалению, не стала общим достоянием всей электроэнергетической отрасли Украины. Хотя в действовавшем в Украине с 2003 года нормативном документе ГКД 34.20.302-2002 [1] термографический контроль и ИК диагностика электрооборудования были введены в перечень обязательных, широкому внедрению этой прогрессивной технологии неразрушающего контроля электрооборудования в значительной мере мешало отсутствие детально прописанных правил и методических приемов при выполнении ИК диагностики средствами ИК техники, анализа особенностей проведения данного вида испытаний, порядка организации термографического контроля на энергетических предприятиях. Поэтому в течение последних нескольких лет была предпринята и успешно реализована попытка обобщения опыта применения ИК диагностики в Украине: разработан нормативный документ СОУ-Н ЕЕ 20.302.2006 [5] по применению ИК диагностики электрооборудования и выпущено пособие [6 ], представляющее собой технологическую карту производства работ по ИК диагностике электрооборудования. В выпущенном пособии обоснованы: выбор необходимых по своим параметрам тепловизоров , порядок проведения тепловизионного контроля для каждого вида оборудования, состав бригады, осуществляющей ИК диагностику электрооборудования, оформление результатов измерений и их анализ, создание базы данных по результатами измерений, оценка результатов, формирование выводов отностиельно допустимости (или, наоборот, понедопустимости) продолжения работы обследуемого электрооборудования, выводов о необходимости проведения профилактических ремонтов, установлении сроков проведения ремонтных работ и т.п. С принятием этого важного нормативного документа и выходом пособия   термографический контроль электро оборудования в Украине выходит на качественно новый уровень своего развития.

Перспективность применения технологии ИК диагностики электрооборудования

Технология ИК диагностики электрооборудования является весьма перспективным методом неразрушающего контроля электрооборудования, хорошо дополняющим существующие традиционные методы диагностики, а в ряду случаев даже единственно возможным методом выявления и локализации специфических дефектов. Возможности инфракрасной техники практически не ограничены в условиях контроля электроустановок, ведь надежность их работы фактически определяется двумя составляющими: изоляцией и контактами. А состояние этих составляющих диагностируется инфракрасной техникой.

Диапазон применения ИК диагностики достаточно широк, по существу он ограничен только квалификацией, инициативой и способностью персонала, который ее проводит. Исключительная информативность ИК метода позволяет точно выявлять и осуществлять локализацию того или иного дефекта электрооборудования, устанавливать причину его возникновения и устранять угрозу возникновения аварийных ситуаций. Поэтому этот метод является чрезвычайно эффективным инструментом в руках специалистов по обслуживанию электроустановок.

Особенно эффективно применение ИК диагностики совместно с выполнением в элекктроустановках работ   под напряжением, то есть без отключения потребителей [4, 6]. Это дает возможность организовать электрообеспечение потребителей на принципиально новом уровне, повысить эффективность работы электроснабженческих компаний, значительно снизить технологические расходы электрической энергии на ее транспортировку, повысить пропускную способность электрических сетей за счет уменьшения их простоя во время проведения профилактических испытаний и ремонтных работ.

Литература

  1. ГКД 34.20.302-2002 Нормы испытания электрооборудования. – К.: ГРИФРЭ, 2002.
  2. Перерва А.Л. Новые решения в тепловизионных системах диагностики промышленного оборудования // Электропанорама – 2001. – №3.
  3. Кобрин О.С., Перерва А.Л., Рыжиков И.Н. Применение тепловизионных систем фирмы FLIR Systems для ИК-диагностики высоковольтного электрооборудования, или Как правильно выбрать тепловизор // Электропанорама – 2004, №10 – 12; 2005, №4.
  4. Удод Е.И. Тепловизионный контроль электрического оборудования и воздушных линий электропередачи – высокоэффективное средство повышения надежности функционирования электрических систем и сетей (на укр. языке). – Новости энергетики . – 2006. – №12 .
  5. СОУ-Н ЕЕ 20.577:2007. Методические указания "Техническая диагностика электрооборудования и контактных соединений электроустановок и воздушных линий электропередачи средствами инфракрасной техники". Утверждены приказом Минтопэнерго Украины от 15.02.2006 №89. – Киев, НТУКЦ, 2007.
  6. Диагностирование электроустановок 0,4 – 750 кВ средствами инфракрасной техники: Пособие (на укр. языке). – Киев: КВИЦ, 2007.
Понравилась статья? Расскажите друзьям!
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ
comments powered by Disqus