logo logo

Использование приборов инфракрасной техники в энергетике

Родионов В. И.

Использование приборов инфракрасной техники в энергетике

Тепловой неразрушающий метод контроля (инфракрасный контроль), осуществляемый с помощью высокочувствительных портативных тепловизоров, позволяет при минимальных финансовых затратах, в сжатые сроки, без вывода оборудования из работы проверять надежность контролируемого объекта, выявлять дефекты на ранней стадии их развития, сокращать затраты на техническое обслуживание за счет прогнозирования сроков и объема ремонтных работ.
Инфракрасный контроль осуществляется по международным правилам высококвалифицированными специалистами с использованием тепловизоров ведущих европейских фирм.
На отечественном рынке в настоящее время представлены три основных типа тепловизоров: оптико-механические, тепловизоры на пировидиконе, а также тепловизоры, изготовленные по технологии FPA (матрица в фокальной плоскости).
Тепловизоры первого типа включают в себя электронно-механическую следящую систему для горизонтального и вертикального сканирования, зеркальце, вращающийся эталон температуры (черное тело, наблюдаемое детектором 60 раз в 1 с). Приемником теплового излучения может служить детектор из теллурида ртути/кадмия HgCdTe, либо InSb, заключенный в охлаждаемый безвоздушный металлический дьюар, с целью наибольшей тепловой чувствительности. Охлаждение детектора осуществляется одним из следующих способов: жидким азотом, термоэлектрическим методом и по циклу Стирлинга.
В тепловизорах второго типа в качестве приемника теплового излучения используется пировидиконовая трубка (видикон). Поддержание стабильной температуры мишени пировидикона достигается с использованием термостата (подогрев в холодное время при помощи мощных резисторов, расположенных вблизи мишени, и охлаждение встроенным электровентилятором). Для получения стабильной (неразмытой) тепловизионной картины на экране ВКУ необходимо производить легкое покачивание камеры (сканирование). В более дорогих моделях для этой цели устанавливают прерыватель (аптюратор).
Тепловизоры третьего типа, изготовленные по технологии FPA (матрица в фокальной плоскости), имеют платиносилицидный (PtSi) детектор с матрицей в фокальной плоскости. Матрица вмонтирована в миниатюрный дьюар-холодильник. Технология FPA не требует никаких механических сканеров или прерывателей, как у тепловизоров первых двух типов. Вместо этого используется мозаика из 65 356 отдельных платиносилицидных детекторов, составляющих матрицу из 256 х 256 элементов. Каждый элемент появляется как точка или как элемент разрешения на каждом кадре со скоростью 60 (50) раз в 1 с, тогда как оптико-механические тепловизоры, в которых один детекторный элемент или маленькая детекторная матрица, сканируют с большой скоростью все изображение (сокращая до очень короткого периода время экспозиции для каждого детектора).
Каждый элемент в FPA непрерывно “всматривается” в объект, получая большее количество инфракрасных фотонов, что обеспечивает очень высокую тепловую чувствительность.
PtSi-детектор работает как фотодиод, т.е. при попадании инфракрасного света соответствующей волны на каждый индивидуальный детектор последний изменяет свое сопротивление пропорционально току смещения, подаваемому на него, увеличивая этот ток. Значение тока пропорционально количеству энергии инфракрасного света, падающего на детектор.
Тепловизоры “ThermaCam” и “AGEMA Termovision” относятся к третьей группе. Эти тепловизоры, а также оптико-механические, как правило, имеют функцию измерения температуры, современные средства обработки термоизображений и позволяют выполнять весь комплекс задач по тепловизионной диагностике в энергетике. Отечественные тепловизоры на основе матрицы в фокальной плоскости до настоящего времени не созданы. Среди отечественных оптико-механических тепловизоров можно выделить уже применяемый в некоторых энергосистемах “Irtis-200”. Эта модель представляет собой сканирующую систему, в которой детектор в зависимости от конкретного заказа может охлаждаться жидким азотом или термоэлектрическим методом.
Для визуализации изображений используется обычный переносной компьютер типа “Notebook”. В качестве элементов питания – обычные бытовые аккумуляторы для видеокамер. Прибор имеет высокую чувствительность, стабильность изображения и достаточно высокое пространственное разрешение (меньше 2 мрад). Однако использование портативного компьютера не позволяет применять тепловизор при низких температурах. Кадр формируется за 1,6 с, что существенно увеличивает время тепловизионного обследования. Для сравнения укажем, что модели с матрицей в фокальной плоскости формируют около 50 кадров в 1 с и позволяют оператору вести непрерывную съемку объектов и быстро фиксировать и запоминать нужные изображения. Операторы современных тепловизионный сканирующих и матричных систем имеют возможность выбирать во время обследования режимы работы устройства визуализации видеоизображения: черно-белый или цветной.
Сравнительно недавно на отечественном рынке появилась инфракрасная неохлаждаемая длинноволновая матричная камера TH-7102, разработанная и созданная NEC San-ei, – результат более чем 30-летнего опыта производства тепловизоров для промышленного использования.
На сегодняшний день это одна из самых компактных тепловизионный систем. Ее масса вместе с аккумулятором не превышает 1,69 кг. Она легко помещается в ладони руки, легка в управлении.
Инфракрасная камера TH-7102 совмещает в себе современные достижения в области создания инфракрасных приборов с простотой использования и надежностью системы в целом.
Динамический диапазон записанного изображения в 14 бит позволяет оператору не терять информацию при неправильной или некачественной настройке изображения при записи. При последующей обработке изображения все объекты температурного диапазона будут выведены на экран. Имеется видеовыход для записи на видеомагнитофон, демонстрации изображений на внешнем мониторе. Дополнительный съемный пятидюймовый жидкокристаллический монитор с панелью дистанционного управления камерой позволяет управлять работой тепловизора и обеспечивает великолепное качество изображения. В условиях интенсивной освещенности или при отрицательной температуре окружающей среды изображение контролируется через встроенный цветной видоискатель.
Современное программное обеспечение упомянутых тепловизоров позволяет обозначать места дефектов с помощью специальных эффектов, указывать температуру в нескольких точках, строить температурные профили, производить вычисления средней, максимальной и минимальной температуры по области, составлять суммирование, вычитание и композицию изображений.
Из тепловизоров на пировидиконе (к этой группе относятся и на отечественном рынке предлагаются отечественные “Пировидикон-2”, “Пировидикон-3”), используются “Талисман” и ISI вг.(США) VideoTerm-91, -94,-95, -96.
В последнее десятилетие в результате практической работы ряда организаций (в том числе и ОАО “Фирма ОРЕРЭС”) был определен круг технических задач, решаемых посредством тепловизионного метода.

Технические возможности применения приборов инфракрасной техники для диагностики электротехнического оборудования электростанций и сетей:
генераторы: испытания на нагрев стали статора, контроль качества паек обмоток, оценка состояния щеточного аппарата, нарушение работы систем охлаждения статоров, контроль температуры отдельных элементов системы возбуждения;
силовые трансформаторы: очаги возникновения магнитных полей рассеяния, посредством выявления перегрева на поверхности бака трансформатора, определение эффективности работы системы охлаждения, дефекты вводов, дефекты контактных соединений;
коммутационная аппаратура: перегрев контактов токоведущих шин, рабочих и дугогасительных камер, состояние внутрибаковой изоляции, дефекты вводов, трещины опорно-стержневых изоляторов;
маслонаполненные трансформаторы тока: перегревы наружных и внутренних контактных соединений, ухудшение состояния внутренней изоляции обмоток;
вентильные разрядники и ограничители перенапряжений: нарушение герметичности элементов, обрыв шунтирующих сопротивлений, неправильная комплектация элементов;
конденсаторы: пробой секций элементов;
линейные высокочастотные заградители, КРУ, КРУН, токопроводы, воздушные линии электропередачи: перегревы контактных соединений;
кабели: выявление перегревов силовых кабелей, оценка пожароопасности кабельного хозяйства по методике РД 153-34.0-20.363-99 (Основные положения методики инфракрасной диагностики электрооборудования и ВЛ).

Технические возможности применения приборов инфракрасной техники для диагностики котлотурбинного оборудования электростанций:
котлы: нарушение внутренней футеровки котла, диагностика состояния поверхностей нагрева;
трубопроводы и паропроводы: диагностика состояния тепловой изоляции;
газоходы: нарушение герметизации, присосы холодного воздуха;
топливоподача: выявление очагов самовозгорания угольной пыли в бункерах и угля в штабелях на складе;
дымовые трубы: выявление нарушений футеровки трубы.

Чтобы решать все перечисленные задачи в полном объеме, тепловизионная система должна обладать высоким пространственным и температурным разрешением, высоким быстродействием, способностью работать при отрицательной температуре, позволять устанавливать различные температурные уровни и диапазоны, использовать сменную оптику, запоминать информацию о температуре в каждой точке термограммы, иметь современное программное обеспечение. Этим требованиям в полной мере удовлетворяет продукция ведущих зарубежных фирм – производителей тепловизионный сканирующих систем и тепловизоров на основе матрицы в фокальной плоскости. В настоящее время ведущие фирмы-производители выпускают в основном тепловизоры на основе матрицы в фокальной плоскости, а также с неохлаждаемой матрицей, которые приходят на смену морально устаревающим сканирующим системам. “Матричные” тепловизоры компактны, менее энергоемки, в них отсутствуют движущиеся части, что увеличивает их надежность.
Оптико-механические и “матричные” тепловизоры имеют высокие технические показатели и обеспечивают высокое качество проведения диагностических работ. Однако некоторые из них имеют ограниченную область применения:
использование в качестве видеоконтрольного устройства жидкокристаллического дисплея или переносного компьютера делает невозможным применение тепловизора при отрицательной температуре (это необходимо, например, при диагностике ограждающих конструкций зданий). Однако при наличии обогреваемого жидкокристаллического дисплея эта проблема решаема;
некоторые тепловизионные системы (например, “Irtis -200”) формируют изображение более 1 с. Это делает невозможным регистрацию быстрых процессов, а также тепловизионную съемку с борта вертолета и увеличивает время обследования электрооборудования (необходимо применение штатива);
многие тепловизионные системы используют инфракрасные детекторы, работающие в коротковолновом (3-5 мкм) диапазоне. В то же время “Объем и нормы испытаний электрооборудования” рекомендуют применение длинноволновых (8-12 мкм) тепловизоров, так как они обрабатывают значительно больший процент собственного инфракрасного излучения обследуемых объектов;
современные многофункциональные тепловизоры имеют высокую стоимость (порядка 35 – 70 тыс. дол.). Это основной фактор, препятствующий их повсеместному распространению.
Тепловизионные камеры на пировидиконе могут применяться при несложных видах тепловизионного обследования. Технические характеристики таких тепловизоров позволяют выявлять дефектные наружные контакты и контактные соединения, опорные изоляторы, проводить обследования тепловой изоляции паровых котлов и паропроводов и некоторые другие виды диагностики. Такие тепловизоры имеют относительно невысокую стоимость (5 – 20 тыс. дол.) и вполне могли бы занять нишу диагностических инструментов для местных энергопредприятий.

Метки материала: , ,

Похожие материалы:

bottom