摘要：简要介绍了P640红外热像仪的组成、温度量程，以及目前常用的红外监测诊断标准及适用范围。通过3起不同类型的电气设备异常发热故障，系统分析了故障隐患的排除方法和排除依据，总结了故障产生的原因，给出了处理建议，并就检测中遇到的问题给出了快速准确锁定异常点位置和正确判断内部缺陷的经验做法，提出评价电子元器件异常点发热的建议，对于配电箱及控制箱的电气设备检测诊断工作具有很好的指导作用和借鉴意义。
关键词：红外热像仪,电气设备,电子元器件
0引言
配电箱及控制箱通常用于控制、保护和分配电力，是船舶电力系统中重要的配电设备，其可靠性直接影响着船舶各类设备的稳定运行，甚至使命任务的圆满完成。船舶长时间连续航行时，配电箱及控制箱中的元器件会因振动、频繁启动及高温高湿高盐等因素造成局部松动或老化现象，导致温度升高。许多电气事故发生前都会出现电气元部件温度上升的趋势[1]。高温是目前造成电气设备故障、电子器件失效的主要原因之一[2],严重影响了船舶电路系统运行的安全性和可靠性[3]。因此，做到电气设备过热部位的提前检测并正确分析判断显得尤为重要[4]。红外热成像技术可以准确显示电气设备的表面温度场分布，提前发现异常点，做到预知性维护和维修，在船舶电气设备监测中取得了较好的应用效果[5-6]。
但在实际工作中，经常会遇到一些线路布置复杂、元器件布置较多的配电箱及控制箱，缺陷发生在绝缘材料外壳内[7]或目前常用的监测诊断标准中没有相关元器件参考评价等问题，给检测人员快速锁定异常点、正确判断内部热缺陷[8]和准确评价电子元器件异常发热带来了不便。本文结合工作经验，主要介绍了红外热成像技术在船舶电气设备配电箱、控制箱和电子元器件故障诊断中的应用，给出了快速准确锁定异常点位置和正确判断的内部缺陷方法，提出评价电子元器件发热异常点的建议，为电气设备的红外监测诊断提供了理论依据和技术指导。
1 P640红外热像仪
P640是非力尔公司生产的一款红外热成像仪，操作简便灵活，可在安全距离内进行精确的温度测量，尤其适用于电气设备预知性维护和维修。如图1所示，该设备主要由光学成像系统、红外探测器、电子处理系统和LED显示屏等部件组成。光学成像系统可以1-8×倍连续变焦和局部缩放功能，红外探测器为640×480像素，拍摄的红外热像图清晰。电子处理系统处理红外热像图方便，可以在仪器上直接处理也可以导出电脑后期处理。LED显示屏为5.6 in2,可以上下180°旋转，方便用户全方位操作。仪器设有2个温度量程，分别是-40~120℃和0~500℃,用户可根据需要进行正确选择。
2红外监测诊断标准
目前，比较常用的判断配电箱及控制箱内部元器件故障隐患的标准主要有《GB763-1990交流高压电器在长期工作时的发热》规定（以下简称规定）[9]、《DL-T664-2016带电设备红外诊断应用规范》（以下简称规范）[10]和《舰艇电气设备红外检测技术规程》（以下简称规程）[11]。《规定》适用于额定电压3kV及以上，交流频率为50 Hz的长期工作制电器。包括断路器、隔离开关、组合电器、封闭式组合电器、金属封闭开关设备、负荷开关、高压接触器等。《规范》适用于采用红外热像仪对具有电流、电压致热效应或其他致热效应引起表面温度分布特点的各种电气设备，及以SF6气体为绝缘介质的电气设备泄漏进行的诊断，指出了电流制热型和电压制热型设备缺陷热像特征和故障特征。《规程》在《规范》的基础上对部分设备的温差和温升做出了新的规定，主要适用于船舶电气设备等。《规程》和《规范》根据致热效应差异规定了电流制热型设备缺陷诊断判据和电压制热型设备缺陷诊断判据，用起来更方便。
3典型故障诊断与分析
3.1金属部件连接松动过热故障
某舱室配电箱主线路，金属铜导线与镀锡铜鼻子之间采用压接方式连接（接线端子），接线端子与开关采用U型紫铜排跨接，U型紫铜排一端与接线端子通过螺栓固定在绝缘板接线柱上，另一端连接在塑壳式断路器进线端。检测时发现绝缘板A相接线端子红外热像热斑异常，由图2可知，最热点温度117℃,环境温度26℃,温升91℃。依据《规范》，用螺钉或螺栓连接的镀银、镀镍或镀锡的外部导体端子，最高允许温度为105℃,该处温度已超过最高允许温度，应立即安排设备消缺处理，或者设备带负荷限制运行；依据《规程》规定，该处温升已超过允许限制温升90 K,属于危机缺陷，一般判定为接头接触不良，应立即退出运行，进行彻底检修。随后对该配电箱进行了停电处理，检查发现A相柱头的一个固定螺栓松动，剩余固定螺栓也存在不同程度松动，由图3可知，A相、B相接线端子处导线的外皮已烧焦，镀锡铜鼻子出现铜绿，进一步验证了多处固定螺栓存在不同程度松动。经更换铜鼻子后，得以消缺，温度恢复正常。
原因分析：配电箱与船体甲板之间采用钢丝绳减振装置固定连接，振动较小，多处螺栓存在不同程度松动应为螺栓没有足够的预紧力所致。松动的螺栓导致过流截面不足，引起接触电阻过大造成局部异常发热。
由图2和图3也可知，该配电箱布线较为复杂，给检测和快速锁定异常点位置带来了一定的困难，检测时只发现一处异常点，另一处被遮挡，若遇到线路布置复杂、元器件布置较多的配电箱及控制箱，可借助电笔、万用表等带有绝缘把手的设备辅助查找，根据导热定律，沿着热梯度方向可快速准确锁定异常点位置。同时，对于此类配电箱在施工时应对固定螺栓做好标记，以便停电检查，做到查漏补缺，减少事故发生。
3.2接触器内部过热故障
在对某船进行设备红外测温时，发现冷水机组控制箱交流接触器C相出线端接线端子红外热像热斑异常。
由图4(a)可知，最热点出现在C相接线端子，最热点温度83.6℃,相间温差39.6℃,依据《规程》，该缺陷属于严重缺陷，一般判断为接触不良。从侧面进一步检测发现该控制箱交流接触器外表面红外热像热斑也较明显，由图4(b)可知，最热点温度88.0℃。由于此处表面无发热元件，应为内部元件缺陷导致局部高温，红外热成像仪测得实际是表面温度，内部温度要远大于88.0℃。由接触器的内部结构可知，此处主要部件为压力弹簧和动、静触头，所以存在压力弹簧老化或弹性不足，动、静触头接触不良的可能。交流接触器号为施罗德LC1D115型，触头镀银，依据《规定》，镀银触头在空气中最高允许温度105℃,建议及时检查更换接触器。
原因分析：拆开检查发现接触器动、静触头表面有毛刺和电弧烧伤的痕迹。主要是压缩机频繁通断，造成接触器动、静触头接触触点在闭合过程、闭合状态或断开过程中产生了抗机械磨损和抗电磨损，导致触点接触面积减小，电阻增大，当电流流过时局部温度升高[12]。
内部缺陷密封在绝缘材料外壳内，无法用红外热成像仪直接检测到内部热缺陷。内部元器件一旦出现热缺陷，异常点的热量可以通过热传导、热对流和热辐射3种方式与周围的导体或绝缘材料发生热量传递，引起这些部位的温度升高，通过红外热像图和电气设备内部结构特点可以分析判断内部缺陷。除此，拆开绝缘材料外壳检测效果会更好。
3.3 PCB板电阻元器件过热故障
在对某船配电箱内PCB板进行红外测温时，发现PCB板上电阻红外热像热斑异常。由图5可知，最热点出现在电阻内部，电阻最热点温度150℃,最低点温度113℃,温差37℃。由图6可知，电阻表面漆膜已过热变色，左边电阻明显比右边电阻变色的面积大，目测丝印已模糊不清，主要是由于电阻局部过热引起的。这一现象表明电阻内部材料存在老化的可能，严重的话甚至有一定的率会发生击穿的情况[13]。对于PCB板电子元器件，目前尚无统一的红外检测诊断评价标准，只能依据不同种类元器件的最高允许使用温度范围作为危险缺陷来进行评价。该电阻为绕线功率电阻，使用温度范围-55℃~155℃,虽然仍在正常使用温度范围内，但是已接近允许温度使用上限，且电阻漆膜变色，丝印模糊不清，建议及时更换绕线功率电阻，并安装风扇等散热设备，对电阻元器件进行强迫风冷散热，以达到降低温升的目的[14-15]。
原因分析：电阻发热的主要原因是绕线功率电阻功率大，散热效果差，自然风冷已经满足不了降温要求，属于设计缺陷。长时间高温运行，会造成电阻绝缘老化，结构件烧损，电阻元器件失效。
PCB板是船舶电气设备重要部件，在对PCB板上异常发热的电子元器件进行评价时，要结合允许使用温度范围、表征、阻值及对周围的电子元器件、PCB板的影响进行综合评价。
4结束语
红外热成像技术能够有效发现带电电气设备的缺陷、故障和异常情况，为电气设备预知性维护和维修提供了依据。在进行红外热成像检测时可以借助其他辅助工具查找，能够快速准确锁定故障源的位置；内部缺陷要结合设备结构特点进行综合分析，在消缺时才可以做到有重点、有针对性地进行处理，以保证消缺成功率；电子元器件应结合元器件使用温度范围、表面特征及其对周围的电子元器件、PCB板的影响进行综合评价。
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