聞玉鳳 李艷林 李 嶺

（晉城供電分公司變電工區(qū)，山西 晉城 048000）

引言

電力生產(chǎn)與供應(yīng)的最大特點(diǎn)是過程的連續(xù)性。也就是說，從電能的生產(chǎn)、輸送、分配到使用，整個過程都是在瞬間完成和連續(xù)進(jìn)行的，其中任何一個環(huán)節(jié)的任何設(shè)備一旦出了問題，都會直接或間接地影響到整個系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行，甚至?xí)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失或生命財(cái)產(chǎn)損失。變電站作為電力系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其正常與否關(guān)系到整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。紅外測溫技術(shù)是對運(yùn)行中的電氣設(shè)備熱故障進(jìn)行紅外檢測，是電力系統(tǒng)各單位近幾年大力推廣應(yīng)用的一種新技術(shù)。由于紅外檢測是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測，不影響設(shè)備的正常運(yùn)行，與傳統(tǒng)的預(yù)防試驗(yàn)相比，它具有無需設(shè)備停電、不接觸、不解體、遠(yuǎn)距離、可大面積快速掃描成像，安全可靠、準(zhǔn)確高效地發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備熱缺陷的優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)帶電檢測，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修的最有效手段之一。[1]

1 紅外測溫的原理

紅外測溫技術(shù)是根據(jù)輻射測溫原理對溫度進(jìn)行非接觸式測量，具有響應(yīng)時(shí)間短、傳熱性能好、靈敏度高、測量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，其物理基礎(chǔ)是紅外輻射理論的三大定律，即Plank輻射定律、Wein位移定律和Stefen-Boltzmann定律。[2]

紅外線是介于可見光紅端與微波之間的電磁輻射。在這個波長帶內(nèi)，又進(jìn)一步分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和極遠(yuǎn)紅外四個波段，它在電磁波連續(xù)頻譜中的位置是處于無線電波與可見光之間的區(qū)域內(nèi)。而紅外線輻射是自然界存在的一種最為廣泛的電磁波輻射，它是基于任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會產(chǎn)生自身的分子和原子無規(guī)則的運(yùn)動，并不停地輻射出熱紅外能量，分子和原子的運(yùn)動愈劇烈，輻射的能量愈大，反之，輻射的能量愈小[3]。

在自然界中，任何溫度高于絕對零度的物體都在向外輻射各種波長的紅外線，物體的溫度越高，其輻射紅外線的強(qiáng)度也越大，其中就包括波段位于0.76-1000um的紅外線。通過紅外探測器將物體輻射的功率信號轉(zhuǎn)換成電信號后，成像裝置的輸出信號就可以完全一一對應(yīng)地模擬掃描物體表面溫度的空間分布，經(jīng)電子系統(tǒng)處理，傳至顯示屏上，得到與物體表面相應(yīng)的熱圖像。運(yùn)用這一方法，便能實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)距離熱狀態(tài)圖像成像和測溫并進(jìn)行分析判斷。紅外測溫系統(tǒng)由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯集其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學(xué)零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號。該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路按照儀器內(nèi)部的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。除此之外，還應(yīng)考慮目標(biāo)和測溫儀所在的環(huán)境條件，如溫度、氣氛、污染和干擾等因素對性能指標(biāo)的影響及修正方法。

2 紅外測溫技術(shù)對檢測環(huán)境的要求

(1)檢測目標(biāo)及環(huán)境的溫度不宜低于5℃，如果必須在低溫下進(jìn)行檢測，應(yīng)注意自身的工作溫度要求，同時(shí)還應(yīng)考慮水汽結(jié)冰使某些進(jìn)水受潮的設(shè)備的缺陷漏檢。(2)空氣濕度不宜大于85%，不應(yīng)在有雷、雨、霧、雪及風(fēng)速超過0.5m/s的環(huán)境下進(jìn)行檢測。若檢測中風(fēng)速發(fā)生明顯變化，應(yīng)記錄風(fēng)速，必要時(shí)要修正測量數(shù)據(jù)。(3)室外檢測應(yīng)在日出之前、日落之后或陰天進(jìn)行。(4)室內(nèi)檢測宜閉燈進(jìn)行，被測物應(yīng)避免燈光直射。

3 電氣設(shè)備的發(fā)熱缺陷類型及特點(diǎn)

電氣設(shè)備的發(fā)熱缺陷主要分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷。

外部缺陷：凡致熱效應(yīng)部位裸露，以局部過熱的狀態(tài)向其周圍輻射紅外線，如各種裸露接頭的熱故障，其紅外圖像顯示出以該故障為中心的熱場圖，故從設(shè)備的熱圖像中可直觀地判斷是否存在熱故障，根據(jù)溫度分布場可準(zhǔn)確地確定故障的部位，并能用紅外測溫儀直接檢測出缺陷。

其故障原因主要有以下幾種：接頭連接不良，螺栓未壓緊；導(dǎo)體接觸而長期運(yùn)行腐蝕氧化；大氣中的有害氣體、灰塵引起的腐蝕；設(shè)備材質(zhì)質(zhì)量差，加工安裝工藝不好造成的導(dǎo)體損傷；機(jī)械振動等各種原因所造成的導(dǎo)體實(shí)際截面降低；負(fù)荷電流不穩(wěn)或超標(biāo)等。

內(nèi)部缺陷：凡致熱效應(yīng)部位被封閉，與故障點(diǎn)接觸的固體、液體和氣體，都將發(fā)生傳導(dǎo)和對熱換，其發(fā)熱過程一般都比較長，且為穩(wěn)定發(fā)熱，要通過紅外成像，對設(shè)備表面的溫度場進(jìn)行比較分析才能確定的缺陷。

電氣設(shè)備常見的內(nèi)部熱缺陷有以下幾種：內(nèi)部導(dǎo)電部分連接不良或觸頭接觸電阻過大；內(nèi)部受潮，介質(zhì)損耗增大；絕緣材料老化、開裂、脫落；電壓分布不勻、泄露電流過大；內(nèi)部缺油等。

圖1

圖2

4 紅外測溫技術(shù)在變電站設(shè)備缺陷診斷中的應(yīng)用

4.1 隔離開關(guān)觸頭發(fā)熱

圖1中隔離開關(guān)B相觸頭溫度為93.6℃，與A相、C相觸頭溫度分別相差85℃、85.4℃，與環(huán)境溫度相差98.6℃，經(jīng)分析認(rèn)為：隔離開關(guān)B相動靜觸頭接觸不良，定性為嚴(yán)重缺陷。

4.2 接頭接觸不良發(fā)熱

圖2中電容器A相接頭溫度為35.3℃、B相接頭溫度為39.9℃、C相接頭溫度為58.5℃，與A相、B相分別相差23.2℃、18.6℃，與環(huán)境溫度相差53.5℃，經(jīng)分析認(rèn)為：電容器C相接頭接觸不良，將電容器C相接頭溫度58.5℃定性為嚴(yán)重缺陷。

4.3 圖3為B相電容器與電抗器連接板發(fā)熱，溫度達(dá)130℃，A、C相分別為21℃、22℃，三相溫度分別相差109℃、108℃，與環(huán)境溫度相差113.6℃，定性為嚴(yán)重缺陷。

圖3

以上為紅外測溫技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例，都是工作人員利用紅外成像儀對設(shè)備進(jìn)行巡視中所發(fā)現(xiàn)的。由于這些發(fā)熱缺陷發(fā)現(xiàn)及時(shí)，且檢測發(fā)熱部位準(zhǔn)確，為檢修人員的缺陷處理提供了準(zhǔn)確的證據(jù)，提高了檢修人員的工作效率，大大減少了設(shè)備的停電時(shí)間。紅外成像測溫技術(shù)的應(yīng)用，提高了運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷 (特別是發(fā)熱缺陷)的發(fā)現(xiàn)率和準(zhǔn)確率，亦為變電站設(shè)備和電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供了可靠的檢測手段。紅外診斷主要還包括對變壓器套管、斷路器、電力互感器，以及二次設(shè)備缺陷的紅外診斷，這里不再一一舉例。

5 結(jié)束語

紅外測溫技術(shù)是一種非常有效和快速的測溫手段，但是要準(zhǔn)確地測量溫度，須考慮各種環(huán)境因數(shù)的影響。紅外測溫相比傳統(tǒng)的測量方式有著明顯的優(yōu)勢，在電力行業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]林晉.基于紅外測溫技術(shù)的設(shè)備缺陷診斷方法研究,華北電力大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文.

[2]王豐，吳愛華.紅外測溫技術(shù)在高溫液體連續(xù)測溫系統(tǒng)中的應(yīng)用，檢測與儀表.

[3]楊凡.紅外測溫技術(shù)的原理及其在家用空調(diào)產(chǎn)品中的應(yīng)用.計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用技術(shù).