基于紅外熱成像技術(shù)的電梯電氣系統(tǒng)檢測(cè)技木研究
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
鄭祥盤
(福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院福州 350008)
摘要：紅外熱像檢測(cè)技術(shù)以其快速、非接觸、檢測(cè)結(jié)果形象直觀等優(yōu)勢(shì)在工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。文章首先比較分析了電梯傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)與紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)，闡述了基于紅外熱成像技術(shù)的電梯電氣控制系統(tǒng)檢測(cè)一般方法，并對(duì)電梯電氣系統(tǒng)元件故障紅外熱成像缺陷診斷的分析判斷方法作了研究。通過電梯電氣元件的紅外熱成像檢測(cè)工作的案例實(shí)踐證明，紅外診斷技術(shù)對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)電梯電氣設(shè)備的外部缺陷和部分內(nèi)部缺陷非常直觀有效，對(duì)保障電氣設(shè)備乃至電梯的安全運(yùn)行起到積極作用。
關(guān)鍵詞：電梯紅外熱成像 電氣系統(tǒng)檢測(cè)
電梯電子元?dú)饧O(shè)備為實(shí)現(xiàn)各種指令如群控功能廣泛存在于電梯各個(gè)子系統(tǒng)或單元模塊中。隨著電梯功能的日趨豐富和電氣元件結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，電梯電氣控制系統(tǒng)的繼電器、接觸器、電路、印制電路板元件越來越密集，也更加復(fù)雜，電梯檢測(cè)診斷技術(shù)在電梯運(yùn)行維護(hù)、檢測(cè)、故障診斷中保障電梯安全運(yùn)行作用也越來越重要。電梯電氣控制系統(tǒng)出現(xiàn)軟故障以后往往很難進(jìn)行定位與檢測(cè)，所以如何快速準(zhǔn)確地對(duì)電梯控制系統(tǒng)的各種故障進(jìn)行分析、判斷并排除，已經(jīng)成為電梯故障診斷維修與電氣系統(tǒng)檢測(cè)的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)。紅外熱像檢驗(yàn)以其快速、非接觸、檢測(cè)結(jié)果形象直觀等技術(shù)優(yōu)勢(shì)在電氣工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，也是檢測(cè)、診斷或預(yù)判電梯控制系統(tǒng)故障的新技術(shù)。
1電梯傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)與紅外熱像檢測(cè)技術(shù)的比較
電梯傳統(tǒng)電氣檢測(cè)技術(shù)大都是接觸式測(cè)量方法，首先需要測(cè)試電梯電氣系統(tǒng)中元件關(guān)鍵點(diǎn)的電流、電壓或其它參數(shù)，然后由檢測(cè)人員結(jié)合電梯電氣控制原理和故障現(xiàn)象進(jìn)行判斷分析，才能診斷出電梯故障部位或元器件，一般地整個(gè)檢測(cè)過程耗費(fèi)時(shí)間較長，而且要求電梯檢測(cè)人員具有很強(qiáng)的特種設(shè)備專業(yè)技能，同時(shí)還要具備電梯電氣原理圖、安全回路元器件布列圖等電梯電氣系統(tǒng)詳細(xì)的資料。此外，傳統(tǒng)的電梯檢測(cè)技術(shù)只能檢測(cè)出已出現(xiàn)的故障，難以診斷潛在的故障或預(yù)判電梯故障。隨著電梯功能多樣化、印制電路板密集化等方向發(fā)展，傳統(tǒng)的電氣檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)很難滿足于日益復(fù)雜的電梯電氣故障檢測(cè)，因此研究快速有效的故障診斷方法已經(jīng)成為電梯電氣故障診斷的迫切需求。
紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)已在電力、核電等工程領(lǐng)域方面得到成功應(yīng)用，推廣至特種設(shè)備領(lǐng)域如電梯電氣控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)也將是其重要用途之一。與傳統(tǒng)電梯檢測(cè)方法相比，基于紅外熱像檢測(cè)技術(shù)的電梯電氣系統(tǒng)故障診斷突出優(yōu)勢(shì)有：
1)非接觸式檢測(cè)。因紅外熱像電梯檢測(cè)技術(shù)是被測(cè)電梯元件上輻射的紅外線能量，不會(huì)影響或干擾被測(cè)對(duì)象一電梯的頻率特性與磁場(chǎng)，所以可應(yīng)用于電梯電氣控制系統(tǒng)或高頻電路的故障檢測(cè)；
2)操作簡(jiǎn)單方便、安全性高，電梯電氣控制系統(tǒng)集交流380V、220V與直流110V等多種電壓，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)或者其他帶電檢測(cè)的場(chǎng)合，紅外熱像電梯檢測(cè)技術(shù)不僅安全方便，而且對(duì)各種電梯檢測(cè)條件和電梯運(yùn)行環(huán)境要求也不高；
3)紅外熱像電梯檢測(cè)技術(shù)不需要電梯元器件布列圖等詳細(xì)的電梯資料圖與具有很強(qiáng)的特種設(shè)備專業(yè)技能，就能夠較快速準(zhǔn)確的判斷出現(xiàn)電梯故障的元器件或者電梯安全回路，且可根據(jù)積累的電梯紅外故障診斷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)地診斷或預(yù)判出電梯隱患故障，因而能夠有效地避免電梯電氣元件的突然故障；
4)紅外熱像電梯檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用范圍廣，可廣泛應(yīng)用于電梯電氣系統(tǒng)中的任何電氣元件，且從生產(chǎn)、安裝、使用、維修及檢驗(yàn)等各個(gè)環(huán)節(jié)中都可應(yīng)用；
5)使用像素高的紅外熱像儀可同時(shí)對(duì)電梯電氣控制板大范圍的元器件進(jìn)行掃描檢測(cè)，故障檢測(cè)、分析與定位的過程結(jié)為一體，能在較短時(shí)間內(nèi)定位電梯電氣故障區(qū)域和失效電氣元件。
因電梯載荷、使用環(huán)境等運(yùn)行工況的復(fù)雜性，必須指出的是，紅外檢測(cè)方法并不能完全取代傳統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)，在某些方面還存在局限。隨著高性能、高像素紅外熱像儀的出現(xiàn)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，紅外熱像檢測(cè)技術(shù)可成為電梯電氣控制系統(tǒng)故障檢測(cè)更為有效方法。
2紅外熱成像技術(shù)的電梯電氣系統(tǒng)檢測(cè)方法
在應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)電梯前，應(yīng)設(shè)置電梯處于正常連續(xù)運(yùn)行一定時(shí)間的工況，以保證電氣系統(tǒng)元件有一定熱量。在檢測(cè)時(shí)，詳細(xì)地了解電梯的運(yùn)行與載荷情況；紅外熱像儀開機(jī)后，應(yīng)先檢查儀器日期、距離參數(shù)、輻射系數(shù)等設(shè)置，同時(shí)進(jìn)行環(huán)境參數(shù)設(shè)置并校準(zhǔn)內(nèi)部溫差，待圖像穩(wěn)定后根據(jù)使用的情況進(jìn)一步調(diào)焦，使圖像更加清晰后再開始檢測(cè)。在電梯電氣系統(tǒng)的檢測(cè)過程中，一般要先用儀器設(shè)備對(duì)所有應(yīng)測(cè)試電梯元件或部位進(jìn)行全面掃描，發(fā)現(xiàn)電梯電氣系統(tǒng)過熱異常部位并標(biāo)記，然后重點(diǎn)對(duì)異常部位和被檢測(cè)電梯電氣元件進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)。拍攝時(shí)應(yīng)盡量去掉對(duì)電梯電氣元件紅外圖像分析無意義的物體，獲取電梯電氣系統(tǒng)最大的整體紅外熱像圖。在紅外熱成像技術(shù)電梯檢測(cè)使用中應(yīng)當(dāng)注意：
1)儀器應(yīng)在安全距離允許范圍內(nèi)盡量靠近電梯電氣控制系統(tǒng)，以提高紅外熱像儀對(duì)電梯電氣元件表面細(xì)節(jié)的分辨能力及測(cè)溫精度；
2)對(duì)電梯紅外熱成像檢測(cè)應(yīng)事先設(shè)定幾個(gè)不同的角度對(duì)元件檢測(cè)跟蹤，確定可進(jìn)行檢測(cè)電梯元件的最佳位置，并作上標(biāo)記，確保復(fù)測(cè)電梯元件或同型號(hào)電梯電氣系統(tǒng)有互比性，積累圖庫并提高檢測(cè)分析準(zhǔn)確性與效率；
3)檢測(cè)電梯控制系統(tǒng)溫升所用的環(huán)境溫度參照體應(yīng)盡可能選擇與電梯電氣系統(tǒng)類似的物體，且最好能在檢測(cè)電梯電氣系統(tǒng)中選擇同一方向或同一視場(chǎng)；
4)紅外熱成像技術(shù)電梯檢測(cè)一般在電梯機(jī)房進(jìn)行，所以電梯系熱像系統(tǒng)的電梯電氣系統(tǒng)測(cè)溫量程宜設(shè)置在電梯機(jī)房環(huán)境溫度加溫升（10K～20K）之間進(jìn)行檢測(cè)；
5)在有較為明顯的電梯電氣系統(tǒng)電磁場(chǎng)環(huán)境中，儀器連續(xù)使用時(shí)每隔Smin～lOmin，或者圖像出現(xiàn)不均衡現(xiàn)象時(shí)，再繼續(xù)電梯電氣元件檢測(cè)時(shí)應(yīng)進(jìn)行內(nèi)部溫度校準(zhǔn)；
6)紅外熱成像技術(shù)電梯檢測(cè)應(yīng)正確選擇被測(cè)電梯元件的比輻射率。
3紅外熱成像技術(shù)電梯電氣元件檢測(cè)的缺陷分析方法
在實(shí)踐中，紅外熱成像技術(shù)電梯電氣元件檢測(cè)的缺陷分析判斷方法，可參考電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL／T664-1999（（帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則》。針對(duì)電梯檢測(cè)，歸納如下：
3.1表面溫度判斷法
電子元?dú)饧谋砻鏈囟扰袛喾ㄖ饕糜陔娞蓦姎庀到y(tǒng)中裸露在外的各類接頭、接線柱、觸頭等。根據(jù)電梯電氣元件表面溫度，參照相關(guān)電氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，按照溫度（溫升）超過標(biāo)準(zhǔn)的程度來確定電梯電氣元件缺陷的性質(zhì)及嚴(yán)重性；檢測(cè)時(shí)應(yīng)從不同方位進(jìn)行拍攝電梯電氣系統(tǒng)元件，找出最熱點(diǎn)溫度或異常部位。
3.2相對(duì)溫差判斷法
紅外熱成像技術(shù)電梯電氣元件檢測(cè)的相對(duì)溫差判斷法指電梯電氣系統(tǒng)兩個(gè)對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的溫差與其中較熱點(diǎn)的溫升之比百分?jǐn)?shù)。對(duì)電梯電氣系統(tǒng)中電流致熱的元器件，當(dāng)環(huán)境溫度較低尤其是負(fù)荷電流小的情況下，其元件的溫升值并沒有超過有關(guān)規(guī)定，但大量的檢測(cè)實(shí)踐證明此時(shí)的溫升值并不能說明該元件沒有缺陷或故障存在，往往在負(fù)荷增長或環(huán)境溫度上升之后，就會(huì)引發(fā)電梯故障或事故。相對(duì)溫差用下述公式表示：
其中，t1和T1表示電梯元件發(fā)熱點(diǎn)的溫升和溫度，t2和T2表示電梯正常相對(duì)應(yīng)點(diǎn)的溫升和溫度，T表示電梯運(yùn)行環(huán)境參照體的溫度。
3.3同類比較法
在同地的電梯電氣回路中，當(dāng)三相電流對(duì)稱和三相（或兩相）電梯電氣設(shè)備相同時(shí)，比較三相（或兩相）電流致熱型元件對(duì)應(yīng)部位的溫升值，可判斷電梯是否運(yùn)行正�；蝾A(yù)判電梯故障。若三相電壓同時(shí)出現(xiàn)異常，可與同回路的同類電梯電氣設(shè)備比較；因電梯電氣回路負(fù)載的復(fù)雜性，當(dāng)三相負(fù)荷電流不對(duì)稱時(shí)應(yīng)考慮負(fù)荷電流的影響。
對(duì)于型號(hào)規(guī)格相同的電梯電氣電壓致熱型元件，可根據(jù)其對(duì)應(yīng)點(diǎn)溫升值的差異來判斷電梯電氣元件是否正常。電壓致熱型電梯電氣元件設(shè)備的缺陷宜用允許溫升或同類允許溫差的判斷依據(jù)確定。一般情況下，當(dāng)同類電梯電氣元件溫差超過允許溫升值的30%時(shí)，應(yīng)定為重大安全隱患。
3.4圖像特征判斷法
紅外熱成像技術(shù)電梯電氣元件檢測(cè)中圖像特征判斷法是一種常見的經(jīng)驗(yàn)判斷方法，能發(fā)現(xiàn)一些特殊的電梯電氣元件缺陷，如抱閘接觸器發(fā)熱異常。根據(jù)同型號(hào)電梯的正常運(yùn)行狀態(tài)和異常狀態(tài)的電氣熱圖像的差異判斷電梯是否處于運(yùn)行正常，并可用該方法預(yù)判電梯故障。
3.5檔案分析法
紅外熱成像技術(shù)電梯電氣元件檢測(cè)檔案分析同一電梯在不同時(shí)期的檢測(cè)數(shù)據(jù)（例如溫度異常升高、相對(duì)溫差和熱譜圖），找出電梯電氣系統(tǒng)致熱參數(shù)的變化趨勢(shì)和變化速率，以判斷電梯是否正常。
將電氣元件溫度測(cè)量圖像結(jié)果與電梯以往測(cè)試的紅外技術(shù)檔案相比較進(jìn)行分析，這種方法的基礎(chǔ)是要為被診斷的電梯建立紅外熱譜圖檢測(cè)技術(shù)檔案，在診斷電梯有無異常時(shí)，可分析該電梯在不同時(shí)期的紅外熱譜圖檢測(cè)結(jié)果，包括溫度、溫升和溫度場(chǎng)分布有無變化，掌握電梯電氣元件發(fā)熱的變化趨勢(shì)。
4紅外熱成像檢測(cè)電梯電氣系統(tǒng)例證
4.1紅外熱成像儀在檢測(cè)電梯三相不平衡方面的應(yīng)用
三相不平衡在電梯電氣系統(tǒng)表現(xiàn)為三相電流或電壓幅值不一致，電機(jī)的溫升和損耗也將隨三相電壓的不平衡度而增大，會(huì)導(dǎo)致引起電梯運(yùn)行不穩(wěn)定，易造成電梯關(guān)人、困人現(xiàn)象。所以電梯在三相電壓不平衡狀況下運(yùn)行，是常見電梯安全隱患，應(yīng)盡快查明原因避免事故發(fā)生。利用紅外熱像儀在三相電壓不平衡拍到的紅外圖像見圖1，圖中顏色赤紅的一相即為與另外二相電壓不一致。
4.2紅外熱像儀在電梯電機(jī)觀測(cè)方面的應(yīng)用
用紅外熱成像儀可以使用區(qū)域分析功能，捕獲電梯電機(jī)溫度分布的紅外溫度測(cè)量值作為一個(gè)二維圖像。觀察分析軟件上溫度分布的情況，來確定大致的溫度范圍是否處于安全值，圖2為電梯電機(jī)的紅外熱像圖，可用表面溫度判斷法、檔案分析法等缺陷分析方法判斷是否有缺陷。
4.3紅外熱像儀在電梯變頻器觀測(cè)方面的應(yīng)用
在電梯評(píng)估中，利用紅外熱成像儀拍攝到電梯變頻器板元器件最高溫度大于150℃，由紅外熱譜圖檔案分析判斷為電梯電阻元器件碳化引起的局部高溫。易造成電梯偶發(fā)故障，需要關(guān)注并建議更換。圖3即為某電梯變頻柜板電阻器件高溫碳化的紅外熱像圖。
5總結(jié)
紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)是診斷電梯電氣系統(tǒng)和線路熱故障有效的先進(jìn)技術(shù)，是開展電梯設(shè)備狀態(tài)檢修與安全檢測(cè)行之有效的方法。應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)對(duì)電梯電氣設(shè)備進(jìn)行在線檢測(cè)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備的缺陷和異常情況，為電梯檢修提供依據(jù)，為開展電梯安全維修創(chuàng)造條件，提高電氣設(shè)備運(yùn)行的可靠性，從而保障電梯電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。
