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)與供應的最大特點是過程的連續(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)的正常安全運行，甚至會帶來巨大的經(jīng)濟損失或生命財產(chǎn)損失。變電站作為電力系統(tǒng)運行的關(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)是對運行中的電氣設(shè)備熱故障進行紅外檢測，是電力系統(tǒng)各單位近幾年大力推廣應用的一種新技術(shù)。由于紅外檢測是設(shè)備運行狀態(tài)的在線監(jiān)測，不影響設(shè)備的正常運行，與傳統(tǒng)的預防試驗相比，它具有無需設(shè)備停電、不接觸、不解體、遠距離、可大面積快速掃描成像，安全可靠、準確高效地發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備熱缺陷的優(yōu)點，是實現(xiàn)帶電檢測，進而實現(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行非接觸式測量，具有響應時間短、傳熱性能好、靈敏度高、測量準確等優(yōu)點，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)，又進一步分為近紅外、中紅外、遠紅外和極遠紅外四個波段，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)則的運動，并不停地輻射出熱紅外能量，分子和原子的運動愈劇烈，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的熱圖像。運用這一方法，便能實現(xiàn)對目標進行遠距離熱狀態(tài)圖像成像和測溫并進行分析判斷。紅外測溫系統(tǒng)由光學系統(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。光學系統(tǒng)匯集其視場內(nèi)的目標紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳碾娦盘?。該信號?jīng)過放大器和信號處理電路按照儀器內(nèi)部的算法和目標發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標的溫度值。除此之外，還應考慮目標和測溫儀所在的環(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)檢測目標及環(huán)境的溫度不宜低于5℃，如果必須在低溫下進行檢測，應注意自身的工作溫度要求，同時還應考慮水汽結(jié)冰使某些進水受潮的設(shè)備的缺陷漏檢。(2)空氣濕度不宜大于85%，不應在有雷、雨、霧、雪及風速超過0.5m/s的環(huán)境下進行檢測。若檢測中風速發(fā)生明顯變化，應記錄風速，必要時要修正測量數(shù)據(jù)。(3)室外檢測應在日出之前、日落之后或陰天進行。(4)室內(nèi)檢測宜閉燈進行，被測物應避免燈光直射。

3 電氣設(shè)備的發(fā)熱缺陷類型及特點

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；導體接觸而長期運行腐蝕氧化；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體損傷；機械振動等各種原因所造成的導體實際截面降低；負荷電流不穩(wěn)或超標等。

內(nèi)部缺陷：凡致熱效應部位被封閉，與故障點接觸的固體、液體和氣體，都將發(fā)生傳導和對熱換，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)分析認為：隔離開關(guān)B相動靜觸頭接觸不良，定性為嚴重缺陷。

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℃，定性為嚴重缺陷。

圖3

以上為紅外測溫技術(shù)的應用實例，都是工作人員利用紅外成像儀對設(shè)備進行巡視中所發(fā)現(xiàn)的。由于這些發(fā)熱缺陷發(fā)現(xiàn)及時，且檢測發(fā)熱部位準確，為檢修人員的缺陷處理提供了準確的證據(jù)，提高了檢修人員的工作效率，大大減少了設(shè)備的停電時間。紅外成像測溫技術(shù)的應用，提高了運行人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷 (特別是發(fā)熱缺陷)的發(fā)現(xiàn)率和準確率，亦為變電站設(shè)備和電網(wǎng)的安全運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,華北電力大學工程碩士專業(yè)學位論文.

[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)品中的應用.計算機工程應用技術(shù).