基于锁相红外热成像技术的电力设备防护涂层质量检测.pdf
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1、无损检测2023年第45卷第8 期731y试验研究DOI:10.11973/wsjc202308014基于锁相红外热成像技术的电力设备防护涂层质量检测李波,陈俊卫,刘卓毅,白洁,樊磊,张聪,郭举富,江海军(1.贵州电网有限责任公司电力科学研究院,贵阳550 0 0 2;2.海南电网有限责任公司电力科学研究院,海口57 0 2 0 3;3.贵州电网有限责任公司贵阳供电局,贵阳550 0 0 8)摘要:为解决输变电设备外绝缘表面防护涂层质量检测难题,基于锁相红外热成像技术,自主研制了一款锁相红外热成像设备并进行检测试验。研制的系统采用LED(发光二极管)作为热激励源,具有启动时间短、寿命长、加热更
2、均匀等优点。经试验验证,该锁相红外热成像系统可检测出防护涂层内部异物、防护涂层不均匀等问题,同时可以实现防护涂层厚度的测量,有望为防护涂层质量检测提供一种新方法。关键词:锁相红外热波成像;防护涂层;涂层厚度;LED激励中图分类号:TG115.28文献标志码:A文章编号:1 0 0 0-6 6 56(2 0 2 3)0 8-0 0 7 3-0 6Quality detection of protective coating for power equipment based on lock-in infrared thermograplLI Bo,CHEN Junwei,LIU Zhuoyi,B
3、AI Jie,FAN Lei,ZHANG Cong ,GUO Jufu,JIANG Haijun(1.Electric Power Research Institute of Guizhou Power Grid Co.,Ltd.,Guiyang 550002,China;2.Electric Power Research Institute of Hainan Power Grid Co.,Ltd.,Haikou 570203,China;3.Guiyang Power Supply Bureau of Guizhou Power Grid Co.,Ltd.,Guiyang 550008,C
4、hina)Abstract:In order to solve the problem of protective oating on the external insulation surface of powertransmission and transformation equipment,lock-in infrared thermography was used for testing.We independentlydeveloped a lock-in infrared thermography device LED as thermal excitation source h
5、a the advantages of short start-up time,long service life,uniform heating.The experimental results showed that the phase-locked infrared thermalwave imaging system can detect the internal foreign matter and uneven protective coating,and the thickness ofprotective coating can be measured.It verified
6、the reliability of lock-in infrared thermography technology for thequality inspection of protective coating,and provided a new method for the quality inspection of protective coating.Key words:lock-in infrared thermography;protective coating;coating thickness;LED excitation输变电设备外绝缘故障是影响设备安全性和运行可靠性的主
7、要因素之一1,近年来输变电设备主要采用喷涂防护涂层方法,防护涂层在喷涂过程中,收稿日期:2 0 2 2-1 0-1 4基金项目:南方电网重大科技专项“高腐蚀环境下电网输变电设备腐蚀机理及防腐延寿关键技术研究与应用示范”作者简介:李波(1 97 0 一),男,本科,高级工程师,主要研究方向为电网设备无损检测、电力设备腐蚀控制、电气与电工材料通信作者:江海军(1 98 8 一),男,硕士,主要研究方向为红外无损检测技术及图像处理,会不可避免地出现漏涂、少涂、堆积、流渍、气泡等涂层质量问题。此外,暴露在户外的设备受环境影响也会出现涂层老化、缺陷等问题2 。当防护涂层喷涂厚度不足、杂质气泡过多或出现老
8、化时3,会引发起皮、龟裂、脱落等不同程度的损伤,降低防护憎水性,增加设备表面积污4-5。对防护防污涂料喷涂施工质量进行有效的检测控制、对长期运行出现老化的防护涂层进行性能修复,对保障输变电设备绝缘子安全可靠运行、预防污闪事故具有重要意义。输变电设备外绝缘表面方式主要为防护涂层的无损检测2023年第45卷第8 期74基于锁相红外热成像技术的电力防护涂层质量检测季波,等:主要检测方法为涂层厚度抽检和外观检查,难以实现量化检测及精细化管理。对于已喷涂防护涂层的服役设备,防护涂层的质量检测只能依靠肉眼观察或者断电的方法进行憎水性检测,但其存在时效性不强、效率低等问题。近年来,大量经过防污改造过的输变电
9、设备防护涂层已开始进人老化阶段6 ,国内运维单位一般需采取繁琐的清理、复涂方法。红外热成像技术作为一种无损检测技术7-9,具有非接触、单次检测面积大、直接成像、检测速度快等优势。红外热成像技术根据热激励方式不同分为脉冲法1 0-1 2 和锁相法1 3-1 6 ,与脉冲红外热成像技术相比,锁相红外热成像技术具有热激励强度低、对表面发射率变化不敏感、抗反射干扰、对表面防反射要求低等优势。锁相红外热成像技术在涂层测厚上的独特优势已被许多国外学者证实1 7 。笔者利用研制的锁相红外热成像设备对变电设备的涂层进行检测,结果表明,该系统可检测出防护涂层内部异物、防护涂层不均匀等问题,同时可以实现防护涂层厚
10、度的测量。1检测原理锁相红外热成像技术采用的热源为周期性热源,热源包括红外灯、卤素灯、激光、LED(发光二极管)等光源,热源以周期性激励的方式照射在试件表面。热激励源一般是以正弦或余弦的形式变化,试件表面温度也会随着热激励源的周期性变化而变化,与热激励源之间存在一个相位差;通过红外热像仪采集试件表面温度信号,组成红外序列图像,再采用傅里叶变换或者相关函数法对红外序列图像进行处理,提取与热激励频率相关的振幅和相位信号,从而可以构成振幅和相位图像。当试件内部存在缺陷或者厚度不均匀时,提取到的振幅和相位将产生差异,通过检测振幅和相位差异的变化即可实现试件内部的缺陷检测或厚度测量。锁相红外热成像技术原
11、理如图1 所示,热像仪控制处理系统JLLLL同步触发器卤素灯/红外灯样品图1锁相红外热成像技术原理示意2数据采集与处理方法2.1数据采集方法锁相红外热成像技术使用的是周期性热激励源,一般为单个频率(即锁相频率),采用锁相的方式将与锁相频率相同的信号从噪声信号中提取出来,以有效提高信噪比。锁相周期一般设置为3 5,检测时使用信号发生器确保热激励和采集之间的同步,即热激励开始的瞬间同步进行采集;热激励前需先采集试件的背景图像,以便在处理红外图像序列时减去背景图像。锁相红外热成像图像采集过程示意如图2 所示背景开始采集多周期采集时间结束采集周期性热激励图2锁相红外热成像图像采集过程示意根据试件材料与
12、缺陷深度的不同,需要采用不同的锁相频率,一般采用仿真或者试验来确定锁相频率。热激励源中,卤素灯和红外灯热启动时间长,加热不均匀,同时调制时需要附加功率控制器,增加了设备集成的复杂度,故文章采用LED灯替代卤素灯或红外灯。LED灯具有热启动快,光源均匀性好的优势,采用LED阵列方式可满足试验对热激励均匀性和总功率的需求,采用风冷或水冷系统对LED灯进行散热可延长其持续工作时间。2.2数据处理方法锁相法采用周期性热激励源,其余弦调制热激励源密度为1q(t;29(1+cos(2元/)(1)式中:q。为热激励源峰值强度;f为热激励源频率,即锁相频率。采用周期性的热激励源加热试件表面,试件表面的每一个点
13、都会产生与锁相频率相同的周期性信基于锁相红外热成像技术的电力设备防护涂层质量检测季波,等:号 T(t),即T(t)=Acos(2元f+)(2)式中:A为信号幅度;为相位。在实际试验中,信号一般都存在噪声干扰,有用信号为T(t),噪声信号为N(t),则采集到的信号变化为X(t)=T(t)+N(t)(3)采集信号X(t)在锁相频率f下的参考余弦信号S。(t)和正弦信号S,(t)分别为S(t)=cos(2元ft)(4)S,(t)=sin(2元ft)(5)红外热像仪的顿频有限,在采集过程中相当于将温度信号离散化,红外热像仪的采集顿频为。,则单个周期采集的顿数N=fs/f,取m个周期,采集次数M=mXN
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