Wisconsin electric 在公司内部采用热成像测量技术

Adams Columbia Electric Cooperative (ACEC) 为威斯康星州中部 12 个农村县中的大约 35,000 个成员提供服务。当然，许多成员为乳品业农场主，但该合作公司也为大约 13,000 个季节性住所、600 个灌溉服务点、大约 1,500 小型商业核算单位以及 9 的大型设施（包括一个鸡肉加工厂、一个乙醇工厂和一个联邦监狱）提供服务。为了为这些成员提供服务，ACEC 拥有 28 座变电站、大约 5,000 英里输电线路（大约 2,700 英里为地下线路，大约 2,400 英里为架空线路）以及相关设备。

直到 2004 年年初时，ACEC 把该公司的热成像测量任务承包给了 Wisconsin Public Service Corporation (WPSC)。在每年中，WPSC 的技术人员使用一个热成像仪（也称为红外相机）以两维方式显示 ACEC 的设备的表面温度。这些图像有时会揭示出设备上的一些热点，这通常意味着一个部件不久会出故障，应该进行维修。

如果检查中发现看上去存在一个关键问题，则就会给负责人打电话以请求维护人员进行修理。

没有进行后续的成像步骤以确定进行的维修是否有效。有一次，在检测到一个出故障的调节器和对它的维修进行确认之间，经过了两年的时间。

购买热成像仪的理由

很明显，外包的一年检查没有将工作做到位。这一事实再加上几个其它因素导致公司做出购买热成像仪的决定。一个重要问题就是需要对昂贵的设备加以保护。一台变电站变压器要花费大约 200,000 美元，一台 2000 kVA 商用变压器要花费 19,000, 美元，一个调节器要花费 15,000 美元，而 ACEC 在其系统中共有 100 多个调节器。仅仅保持其中一台设备不受破坏所节省的资金，就将近抵得上 ACEC 正在考虑购买的热成像仪的成本。

影响停止将热成像测量进行外包这一决定的另外一个因素是要减少由中断所引起的超时工作。在一年当中，ACEC 付出了成本将近 900,000 美元的超时工作来处理运行中断。这个数字中包括劳动力、津贴和运输成本，但不包括材料成本或正常工作时间内处理运行中断的成本。ACEC 正在考虑购买的热成像仪可能只占 2% 的超时工作成本，因此可以从防止运行中断所获的利益中轻松得到补偿。

基于这些考虑，ACEC 管理部门着手购买一台红外热成像仪，并由 Keith Weyh 完成大部分热成像测量工作。作为一名长期寻线员和公司目前技术服务主管的 Weyh 在仪器选型过程中提供了帮助。

2004 年年初，该电力公司购买了第一台热成像仪：Fluke Ti40。Weyh 说他很喜欢这台仪器，因为它具有人机工程学设计，便于操作。

ACEC 完成的热成像工作

没有经过什么正式培训，Weyh 就能立即开始使用新的热成像仪了。他将能够这样做的能力归因于他在电力公司服务领域中的多年工作经验，使用手持、非接触式红外温度计的经验，以及个人研究。Weyh 说，培训可能很有帮助，但使用红外成像仪所要寻找的东西相当简单。你只需要理解发射率，或换句话说，要知道不是来自一个物体的所有能量都是由该物体发射的，然后要知道在反射的热能可能会影响到红外热图像的情况下如何去做。

今天，用专业知识和热成像仪武装起来的 Weyh 对 ACEC 的设备及其成员的设备进行检查，有时甚至对为 ACEC 变电站供电的输电公司的设备进行检查。下面是他所检查的内容以及是如何检查的：

变电站。当 Weyh 到达一个变电站时，他在一段距离以外对整个设备进行扫描。通常，初次扫描可立即发现问题。例如，在刚开始使用热成像仪时，有一次他从 60 码以外发现，为变电站供电的输电线联动开关上的一个触头发生了过热。这些开关不属于 ACEC 所有，因此 Weyh 与 ACEC 的供电公司 American Transmission Company 联系，建议他们在下一次维护期间对它进行检查。
在他对变电站的其余部分进行扫描时，特别对沿来自输电线的线路进行检查。他扫描了该工作站范围内的另一个联动开关 － 其熔断器和触点。并扫描了变压器上的高压侧绝缘体（放电器）以及高压侧套管。“刚才，”他说，“我正在检查变电站中的一个套管，它的温度比相同条件下相似套管的温度要高大约 40 °F。我们密切注视着这种情况，并尝试计划出中断运行的时间以解决该问题。”
 
下一步 Weyh 对变电站中带有旁路开关（有时会引起问题）的母线进行检查。在一个变电站中，技术维护小组除使用热成像仪外，还使用一个可见光数码相机，以便发现旁路开关的问题根源。一个可见光图像揭示出，母线结构在冬季没有任何收缩的间隙。因此在这个季节，母线结构会使有问题的旁路开关变形，从而引发问题。“这也同样是我们需要安排并解决的事情，”Weyh 说。
 
最后，检查小组负责人使用红外热成像仪对调节器、低压母线以及从变电站出来的每个回路的自动开关装置进行扫描。
 
每个季度，Weyh 都会像上面所描述的那样对每个 ACEC 变电站进行检查。
 
输电线。每个变电站都具有长度从 3 到 15 英里不等的 3 到 5 个回路。Weyh 以三年为一个周期对它们进行检查：“我对变电站的三相电路以及较大的单相电路进行巡检。我使用红外成像仪来检查架空线的各个电杆。”
 
对于地下输电线，每隔四分之一英里配备了一些电柜，以便维护人员能接触到连接设备的弯头。Weyh 打开每个电柜，对过热现象进行红外检查。“过去，”他说，“发生过弯头烧毁并将电柜破坏的事情。随后，维护人员必须对电缆进行切断和拼接。现在，使用红外热成像仪，我们可以在外面寻找过热的接头，并在它们发生故障并破坏电柜之前将它们更换。”
 
同样，在最长的三相线路是35个调节器。它们连同相关 MOV 抑制器和旁路开关一起，一年被检查两次。
 
关键检查对象。Weyh 将 ACEC 的成员中的 7 个成员视为关键检查对象。对于这些检查对象，他一年检查两次，对每个地点的所有 ACEC 拥有设施进行扫描。鸡肉加工厂这个最大成员拥有一个专用的完整变电站，并且在现场有几十个电站变压器，其中 11 个为 2000 kVA 装置，其它为小型变压器。“我一年当中去那里几次，并对所有的弯接头进行检查，”Weyh 说。他解释说，每个变压器都有一个用于地下电缆的弯接头。另外，还要对系统上的开关进行检查。它们支持回路馈电，提供了需要进行电气维护工作时保持设备运行的替代方法。“在该设备上进行了大量投资，”Weyh 说。“如果我们能够防止损坏发生，我们的工作就完成。” 例如，几年以前，当他带着红外热成像仪在工厂中巡查时，他在弯头完好地插入一个套管而该套管被拧到变压器上的一个柱螺栓的位置发现了过热现象。

结果，电力公司在周末的时候计划了一次运行中断。确实，该柱螺栓几乎被扭断了。螺栓得到更换，但 Weyh 推测，假如它在负载下出现故障，可能就会破坏变压器。乳制品农场。当作为一个技术服务小组的负责人来开始进行工作时，Weyh 的主要任务是对乳制品农场中的杂散电压进行检查，现在，这仍是他工作的一部分。今天，他在这些检查中使用的工具是一个红外热成像仪。“在我们的系统中有数百个乳制品农场，我会争取对每个农场每年至少检查一次，对它们的设备及设施进行检查，”他说。“在农场的中部通常有一个杆上断开装置，可向农场中的所有建筑供电。我使用红外成像仪对它快速进行扫描，看是否存在问题。”为了强调多数电力设施问题十分容易找到，Weyh 报告了对一个农场的电杆进行检查的情况，检查中，他使用红外热成像仪确定出存在一个问题，虽然电杆顶部的实际温度落在仪器的校准范围以外。它通知了这个 ACEC 成员，他与一名电工进行联系，并安排在下个星期进行维修。不幸的是，在开始进行维修之前，电杆顶部被烧毁了。  
 
问题和隐患

在被问及在 ACEC 进行热成像测量时遇到的问题时，Weyh 提到以下方面：难于进行趋势预测。在多数预测型维护计划中，以固定时间间隔记录下设备状况以确定设备何时趋向于出现故障是值得的。Weyh 指出，使用热成像测量技术很难对电力设施进行趋势预测，特别是对于美国北部的电力设施。“昨天（六月），我检查设备时外面的温度是 80 °F，”他说。“十二月时，检查同一台设备时温度可能为 30 °F 或 10 °F。一年中不同季节之间的温度差使获得基准信息变得困难。这样，我更加依赖于相同条件（负荷）下相似物体的温度，并寻找温度的上升。”

因环境热量而产生错误结果。当使用红外热成像仅对类似物体进行比较时，热的天气是一个影响因素。Weyh 注意到，例如，当他打开一台变压器时，其外部为80 °F，内部超过100 °F。

他解释说， 那么他必须要小心，并问自己，“这个弯头是否比那个弯头更热，因为其过热或因为对流加热（假定其位于变压器中）?”

因低发射率而产生错误结果。Weyh 说，这是他所遇到的最困难的问题，例如，闪亮的母排。他说，通过改变位置，他通常可以判断出部件是否发射一些热量。一个长期解决方法是在部件表面上使用一块导热的高发射率材料，如黑色橡胶带或黑色漆。

因野生动物防护措施而无法进入。Weyh 说，一些 ACEC 的变电站经历了一些“动物问题”。结果，在套管的上方安装了保护装置。这些保护装置的存在使你无法看到套管，因此无法得到它们的红外图像。虽然市场上有一些允许进行热成像测量的透明保护装置，ACEC 并没有加以采用。

因此，Weyh 针对最这些套管进行检查采用了一种间接途径。它集中检查从套管出来的导体以确定是否从套管中散发出热量。

电路上的负载不充分。最好是在电路带有至少 40% 的负载下对它们进行检查，但 Weyh 不会总能知道电路上的负载情况如何。他解释说，他尝试在高峰期间来检查电路，并注意到一些变电站在夏季达到高峰负荷，而其它一些变电站则在冬季达到峰值负荷。他说：“我们基于这种情况来指定检查计划，但举个例子来说，灌溉井只在夜间运行。如果灌溉操作中存在问题，我可以来到现场，让他们接通泵的电源，并用热成像仪进行检查。”

当被要求总结一下使用热成像仪的经验时，Weyh 说：“这是一个很好的工具。我们终于可以即时检查出问题，并且不会遇到那么多问题了。” 随后他笑着补充说：“希望我可以不工作了，”但很快又说，“不，热成像仪总会有用的。”