热成像是电气设备状态检修的好帮手

状态检修的概念在设备管理中已经提出了半个多世纪，我国明确倡导也已经二十多年了，但真正在设备检修中应用得还不多，这种情况与我国经济的飞速发展是不相符的。造成这种状况的原因除了管理者的观念没有转变外，与设备检修前缺少合适的状态检测手段也有很大的关系。

1 检修概念的转变历程

随着工业技术水平的不断提高，设备维修经历了从“事后维修”到“预防维修”，再到“状态维修或预知维修”的改变。设备状态维修机制的采用，可以更有效地使用设备，提高设备利用率，降低备品备件库存，减少更换备件和维修费用，提高设备可靠性。[1]

电力是现代工业的最主要动力，组成电力系统的基本元件是各种电气设备，其安全性是供电可靠的基础。大量资料表明，导致电气设备失效的主要原因是绝缘性能的劣化，即绝缘性故障。40多年来，我国对电气设备进行绝缘监督的主要手段是依据DL/T596《电力设备预防性试验规程》，定期进行绝缘预防性试验和定期检修。多年来，这种维修制度在防止事故发生、保证供电安全可靠方面起了很好的作用，但也有一定的局限性。如试验和大修必须在停电状态下进行，按照计划进行的维修和备件更换，有过剩和不足维修的现象发生。从技术角度进行分析，离线的试验条件不同于在线条件，有些绝缘缺陷和潜在故障难以发现，而且绝缘劣化的发展速度并不相同，存在潜伏和发展期，所以易造成故障的漏报、误报或早报等。我们传统的定期检修和对电气设备螺丝紧固，也值得探讨。美国国家防火协会的《电气维修手册70B》规定，在任何电气接头按照规定的力距被紧固之后，只要对这个力距不变化，以后不应当再进行紧固。因为这种预防性维修工作，不但发现不了存在的隐患，而且还可能造成新的隐患，制造良好、安装正常的电气接头根本不需要定期紧固，只有发现功能和温度异常才需要处理。

2 状态检修是现代化大生产设备管理的必然趋势

2.1 我国设备管理现状

目前，我国企业的设备检修是“事后维修”、“预防维修”和“状态维修”等几种情况同时存在。

2.2 状态检修难以推广的原因

早在1987年，在国务院颁发的《全民所有制工业交通企业设备管理条例》中就提出：“企业应当积极采用先进的设备管理方法和维修技术，采用以设备状态监测为基础的设备维修方法”。1992年，国务院经贸办又在《“八五”后三年工交企业设备管理工作重点》中进一步明确指示：“要继续破除单纯以时间为基础的设备维修制度，建立以状态监测为基础的设备维修制度”。原电力部颁发的《发电厂检修规程》也增补说明：“运用诊断技术进行预知维修是设备检修的发展方向”。

（1）尽管状态检修是政策有依据，时代有要求，但不少企业管理者的思想观念并没有改变，状态检修一直被不少企业管理者认为不成熟、有偷工减料之嫌，因而也未得到真正的认可和推行，有人说只停留在学术研究的层面。一些管理部门在例行的检查中强调对规程的执行，电气设备没有按照检修期进行检修要进行考核，一些管理者本着小心谨慎的态度，按部就班地执行规程规定，使状态检修不能很好的贯彻执行。

（2）仔细推敲《条例》和《规程》发现，对状态检修只是“应当”和“发展方向”，并没有严格的、明确的要求和规定，也没有具体的规程和标准。其中一个因素是各地区、各企业、各种设备均有很大差别。目前，企业应用状态检修只是按照各地区（行业）或各企业自身设备的特点、运行状况、运行时间、工作经验和在线检测情况而定。

（3）对相关设备状态的检测方法还较少、检测手段还不成熟、判断标准还不完善。要实现设备的状态检修，就必须先对设备运行状况进行在线监测，并对监测到的数据进行分析比较，才能确定设备的运行情况，从而确定是否检修、检修时间和内容。

（4）国家对设备管理的要求并不是太高。考核一个地区或企业的只有国内生产总值（或销售额）和税利（或利润）。而对质量、环境、安全等指标，国家还有许多相关的法律法规，还有相应的管理体系认证，而能源利用率，更是作为一个重要的建设和谐、可持续发展的考核指标。但关于设备管理，只认为是企业内部的事，很难提出硬性指标。《条例》也已经发布20多年了，而新的《设备管理条例（征求意见稿）》也一直没有正式颁布实施。

2.3 状态检修是现代化大生产对设备管理的必然要求

设备维修的方法不同，反应了一个企业不同的管理水平。状态检修可以减少不必要的检修工作，节约工时和费用，使检修工作更加科学合理，是与现代化大生产相适应的，也是其必然要求。

（1）状态检修就是对设备进行全方位状态监督，对设备运行状态、影响安全经济、可靠运行的因素进行综合分析，并对设备进行前景预测，根据结果再拟定检修内容和确定检修时间，真正做到“应修必修，修必修好”。实施状态检修的目的就是科学保养设备，在保障设备安全、经济、可靠，最大限度地提高设备的利用率，降低检修人、财、物的浪费和检修磨损，提高企业经济效益，真正做到设备的“寿命周期费用最佳化”。

（2）状态检修要从源头抓起，首先必须重视设备的规划、设计、选型、主设备监造和运输、安装、调试、验收、投运以及运行、检修等全过程管理，尤其要保证设备的初始状态良好，对设备的操作（运行）规程、检修规程都要科学、合理，保持先进性和适当的前瞻性。

（3）状态检修有利于提高员工的工作责任性。在原来国有企业计划检修制度下，到期必修，按部就班，周而复始，拆拆装装，没有任何灵活的余地，很大程度上导致了技术管理人员不思开拓进取，僵化了思维方式。由于自己对检修工作的安排无权作主，设备得不到及时检修、检修错位，盲目检修，这些都与设备管理人员、检修人员没有任何关系和责任。甚至企业的大部分事故都会说成是设备事故，即使设备的缺陷只是很小的一个因素，也会无限的放大，最后说成是设备事故。事故的性质变了，对事故的处理就两样了。

（4）状态检修有利于延长设备的使用寿命。企业的计划性检修制度往往是检修项目抓不住重点、主次不分，不是检修过剩就是检修不足。由于计划检修时间安排一般情况都较充裕，有缺陷大修理，没有缺陷也修理的现象。本来设备状态还比较好，还有潜力可挖，时间安排了，还是拆开修修为好，怕的是今后设备出了问题谁也说不清楚。三是由于过多的检修拆装加速了拆装的磨损，好端端的设备越修越糟，人为地缩短了设备的使用寿命。

2.4 开展状态检修要从实际情况出发

开展状态检修要从实际情况出发，切不能“一刀切”、“一阵风”，大小主次设备“一起上”。要着眼于提高设备的运行可靠性，获得更好的社会及经济效益。而且尽可能有较长期的规划，以便逐步推进。进行设备的在线检测、积累设备的状态资料、总结经验教训是实施状态检修的前提条件。

3 红外热成像检测能为许多电气设备状态检修提供依据

引起电气设备故障和事故的异常发热，通过红外热成像检测都能及时发现，并可根据检测数据分析设备缺陷所处的状态，从而为电气设备的状态检修提供依据。

3.1 红外热成像的原理

从热力学理论上讲，任何温度高于绝对0度（－273.15℃）的物体，每时每刻都因自身分子运动而辐射出红外线。红外线也是一种电磁波，是普通肉眼看不见的。红外热成像技术就是利用红外图像的亮暗反映出物体表面温度高低，通过对物体表面温度及温度场的检测，来判断设备是否存在缺陷或火灾隐患。

3.2 红外热成像的应用特点

（1）对电气设备进行红外检测时，可以不接触、不停电、不取样、不解体。红外检测是在设备运行状态下进行的（一般要求有30%以上的负荷）,是对电气设备的红外辐射和温度场的检测，它可以检测到设备在运行状态下的真实状态信息，并可保障操作安全。电气设备的大部分例行性试验，如绝缘试验、耐压试验等，都是在停电的情况下进行的；空载试验、短路试验等又是在不带任何负荷的情况下进行的，就不一定能反映出电气设备在运行状态下真实的发热情况。

（2）红外检测使用面广，如FLIR热成像仪的状态图像显示快捷、灵敏、形象、直观，易于进行计算机辅助分析，促进向智能化发展，配备计算机图像分析系统和各种专用功能处理软件，不仅可以对检测设备运行状态进行分析处理，还可根据热成像有关参数进行计算和分析，快速给出设备故障属性、故障部位及严重程度。而且，可以把历次设备图像数据资料储存起来，建立设备运行状态数据库，供管理人员随时调用、分析与研究，对其它设备的非正常发热进行检测、分析、判断，为设备状态检修提供依据。

（3）只要出现电气设备的异常发热，通过红外热成像检测都能及时发现。而且专业人员根据知识和经验，通过表面温度判断法、相对温差判断法、同类比较法、计算机热成像图分析等热成像的分析方法，能够很容易确定是什么原因。

3.3 红外热成像的缺陷分类

热成像的缺陷分类为电气设备状态检修提供了依据，这些电气设备处于什么状态，根据热成像数据和缺陷分类标准对比就一目了然了。

（1）紧急缺陷：设备发生了直接威胁安全运行并需立即处理的缺陷，否则，随时可能造成人身伤亡、设备损坏、大面积停电、火灾等事故。

（2）重大缺陷：对人身或设备有严重威胁，暂时尚能坚持运行但需进行处理的缺陷。

（3）一般缺陷：上述危急、严重缺陷以外的设备缺陷，指性质一般，情况较轻，对安全运行影响不大，可列入近期计划检修处理的缺陷。

（4）热隐患：视现场情况跟踪监视或安排处理。

3.4 红外热成像在电气设备维修和预防火灾方面的应用

对电气设备来讲，热成像仪就像医院的X光机、B超、CT等一样，能发现设备存在的许多问题，这样有利于电气维修人员对症下药，消除电气火灾和事故隐患。

电力系统是电气设备最为集中的，国外最早应用热成像技术于电气设备的就是1965年的瑞典国家电力局，1975年，上海电力工业局也引进了一套热成像仪。[2]真正对电气设备进行热成像检测，并指导电气设备进行状态检修的，山东电力科学研究院应该是较早的[3]。而河南濮阳供电局在1998~2004年间，用热成像仪累计发现变电站设备过热点700余处[2],河南省电力公司还编写了《电力设备典型缺陷红外热成像图集与分析》，各地电力系统也都有相关论文发表。而国家经贸委1999年颁布实施的《带电设备红外诊断技术应用导则》DL/T 664—1999，就是河北电力局负责起草的,其中包含有40幅典型故障的热像图谱。我国电力系统是应用热成像最早的行业之一，这也是他们设备状态检修做得成功的因素之一。大连理工大学、重庆大学等都对热成像技术应用于电气设备潜在故障诊断分析进行了研究。

从2002年开始，对几十家企业进行了近百次的电气设备红外热成像检测，为用户发现了大量的电气设备缺陷，其中，超过100℃的紧急缺陷有数百个，许多塑料导线已经烧焦、开裂，绝缘明显损坏。发现问题的不仅在电气设备管理做得一般的企业，就是在管理和维护方面做得非常好的企业也有这样和那样的问题，只是发现问题多与少的差别，为这些企业的电气设备维修提供了依据。

（1）过负荷是电气设备异常发热最主要的原因。这些年，我国一直强调要提高劳动生产力。但提高劳动生产力，重点是应该从技术进步上下功夫，而不是简单的从提高工人的劳动强度、提高设备的负荷率来增加产量。根据对几十家企业、数千张存在隐患的电气设备热成像报告统计分析，由于过负荷原因造成的热缺陷竟然占到了67.04%，企业的有些设备，特别容易过负荷运行，如空压机的电气设备，由于特殊的原因往往容易造成异常发热。我们在深圳一家塑料包装企业，拍摄到空压机断路器联接螺丝上195.7℃的高温，这种高温随时可能造成电缆的绝缘损坏，引起短路而引发火灾。[4]

冷冻机等也容易造成季节性过负荷。如2006年11月，在上海一家IT企业进行检测时，发现一台冷冻机的电控柜铜母排温度达到176℃，铜排颜色已经发黑。当时企业生产形势非常好，设备长期超负荷运行。企业也经常用点温仪测量温度，认为只有七、八十度没有大问题。事实上，点温仪只能测量一点的温度，很难测量到温度最高的那个点,测量精度也不高。热成像仪是测量整个电气设备的一个面，包括了被测设备的数千个点的温度及其分布情况。热成像仪在对异常温度点进行准确测量时，往往反复检测，直到确定是温度最高点为止。

（2）接触不良是造成电气事故和电气火灾的重要因素。根据美国保险公司的统计数据，由于接触不良引起的电气火灾比例在25%以上。我国火灾统计年鉴提供的数据是12.6%，但占电气火灾事故70.5%的短路和过热，到底又有多少是由于接触不良演变而间接引起的，还无法统计。

一个企业的电气接头可能是成千上万，电气设备在长时间运行过程中，在零部件及电器元件与导线连接的地方，可能因振动、腐蚀、氧化或热作用，使连接处发生松动、氧化而导致接触不良，造成接触部位的局部电阻过大。

我们在热成像检测过程中，发现设备维护不到位的几个典型接触不良案例。如2006年8月，在天津一家外资塑料企业进行检测时，发现一台吹塑机空气断路器的下接线温度达到164℃，仔细观察还发现，导线已经烧焦。假如由此引发电气火灾，后果不堪设想。因为这个电气柜周围都堆满了包装纸箱及塑料制品，经检查，是由于螺丝松动引起的。

2004年2月，在上海一家外资照明企业进行检测时，发现一台电控柜的小母排接头处温度达到403℃，周围的相色漆已经严重变色。由于这台设备处在建筑物的最高层三楼，设备负荷也不大，平时根本没有人来，所以日常巡查也没有发现问题。

有些接触不良是电气设备制造质量造成的，如2007年10月，在宁波一家灯具企业进行检测时，发现一台断路器接线端温度达93℃，经检查接线也没有松动，后来把螺丝拆下来检查，发现是螺丝制造过程中有瑕次，造成接触不良，这个隐患一直存在了3年之久也没有被发现。

有些接触不良是电气设备安装质量造成的。2007年8月，在苏州一家外资家电企业进行检测时，发现一台电控柜的空气断路器上接线温度达到80℃.陪同的电气人员对螺丝进行了拧紧处理，第二次检测时温度不但没有降低，反而上升到138℃.后来对热成像图进行分析，认为是电线的线鼻子松动了。在拧螺丝过程中，可能反而使线鼻子处更加松动，企业利用停电机会及时进行了处理。

电气设备一旦发生异常发热，较高的温度就可能在接触面上生成氧化层薄膜，增加接触电阻，同时接触点的接触压力、接触表面的光洁度甚至接触形式都会发生一定的改变，产生恶性循环。所以，电气设备接触不良早期很容易处理，但很难发现；后期容易发现，但往往很难一次处理好，有时候只能彻底更换才能解决。上海一家著名汽车零部件公司发现一台空气断路器接触不良后，尽管企业进行了处理，效果一直不好，根本地解决办法还只能进行更换。而且，接触不良可能引起恶性循环，异常发热会加速电气设备金属表面的氧化，增加接触面的电阻，也可能造成弹簧接触部分的弹性元件被退火，使压力降低，接触电阻增大。

有些企业容易出现电气设备的接触不良，如有腐蚀性的化工企业、腐蚀和多灰的煤炭企业，有酸洗的电子企业等。2013年一次共造成121人死亡的吉林宝源丰禽业有限公司特大火灾爆炸事故，其起火原因就是电气线路短路，而氨气很容易对电气设备中的铜质材料造成腐蚀，造成接触不良。

（3）部分电气设备容易发生故障。如电容柜、调速电抗器等。2006年4月，在苏州某家IT企业进行热成像检测时，发现多台低压电容自动补偿柜存在温度异常的情况，最高的达到136℃.尽管我们马上向相关人员作了反映，但当时企业生产形势较好，准备等“五一”停产检修时一起处理。没过几天，该设备就发生了火灾事故。在低压配电设备中，电容自动补偿柜应该是一种辅助设备，但在检测过程中发现，许多电容柜都存在温度异常，经与多家企业电气技术人员交流也得知，电容柜往往是事故多发区。对上海某照明企业的三次红外检测进行了总结，发现电容柜缺陷竟然占所有缺陷的近70%.由于电容柜是自动补偿的，经常造成一些电容及对应的电气元器件、导线过负荷，而另一些长期不运行。这种情况值得设计和制造、安装企业改进。

2006年4月，在上海一家IT企业进行检测时，发现一台冷却水泵的调速电抗器温度达到103℃，当时检查了一下铭牌，发现该台设备是Ｂ级绝缘，已经超过了其性能参考温度100℃的标准，立即向相关人员反映。由于企业生产形势较好，设备又不能停运，他们只能用一台电扇临时强迫冷却。经复测，温度有了明显下降。

（4）引起电气火灾和事故的短路、过热、接触不良、故障、过负荷、漏电等，只要出现电气设备的异常发热，通过红外热成像检测都能及时发现。而且专业人员根据知识和经验，能够很容易确定是过负荷还是接触不良、三相不平衡，而电气设备的漏电、短路、元器件损坏一般事先也有征兆，通过检测也能发现问题。对电气设备在设计、安装、材料、元器件、运行管理中出现的一些问题，红外检测也能发现，如果有经验的检测人员还能作出正确的判断。

4 结束语

有位著名的美国红外学者指出：“红外技术的发展已经把人类的感官由五种增加到六种。”这一席话恰如其分的道出了红外成像技术在当代的重要性。因为只有当物体温度超过500℃时，才会出现暗红色的辉光，即可见光的成份。当物体温度超过800℃时，物体的热辐射才能有明显的可见光成份。相比之下，所有温度在绝对零度以上的物体，都会不停地辐射出红外线。

传统电气设备巡查采取“看、听、摸、闻”等方法，对萌芽状态下的电气设备温度异常是不容易发现的。而且，现代企业电气设备多、线路错综复杂、员工劳动强度大、缺乏经验、工作环境千变万化，红外热成像技术能够有效弥补传统手段的不足。实践证明，对运行中的电气设备进行热成像检测是常规测试技术所不具备的，是实现带电检测和实现设备在线状态检测的最有效手段之一，能及时发现电气设备和其它能源设备由于温度异常出现的缺陷和火灾隐患，对避免突发事故的发生，保证设备的安全、经济、可靠运行，电气设备的状态检修方面都发挥着良好的作用。国外有新闻曾经报道，红外检测的投入和回报比是1：4，而美国有关机构认为，红外热成像检测费用仅是传统对电气设备维修费用的1/10，在我国也有同样的统计，其投入产出比为1：9.[2]