【摘 要】紅外成像技術(shù)越來越多地應(yīng)用于診斷電氣設(shè)備和線路設(shè)備的熱缺陷，對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)防因電氣設(shè)備發(fā)熱引發(fā)的重大事故起到了提前預(yù)判作用。從紅外成像原理、對(duì)電氣設(shè)備紅外診斷方法進(jìn)行了分析，以實(shí)例對(duì)紅外成像技術(shù)在檢測(cè)電氣設(shè)備熱缺陷中的應(yīng)用進(jìn)行了說明，旨在提高對(duì)電氣設(shè)備熱缺陷判定和定性的準(zhǔn)確性，以保證電氣設(shè)備及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】紅外成像技術(shù) 電氣設(shè)備 熱缺陷

電氣設(shè)備的紅外成像診斷具有遠(yuǎn)距離、不接觸、準(zhǔn)確快速的特點(diǎn)，在不停電的情況下能快速有效地發(fā)現(xiàn)和診斷運(yùn)行中電氣設(shè)備的事故隱患和故障先兆，減少和避免電氣設(shè)備因過熱故障而引發(fā)的突發(fā)性設(shè)備事故。

1 紅外成像原理

由黑體輻射理論可知，任何溫度高于絕對(duì)零度的物體表面都會(huì)自發(fā)地、連續(xù)不斷地輻射紅外線。紅外成像運(yùn)用光電技術(shù)檢測(cè)物體熱輻射的紅外線特定波段信號(hào)，將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供人類視覺分辨的圖像和圖形，并可以進(jìn)一步計(jì)算出溫度值。

2 診斷方法

2.1表面溫度判斷法。根據(jù)測(cè)得的設(shè)備表面溫度值，對(duì)照GB763-90中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行診斷，凡溫度或溫升超過標(biāo)準(zhǔn)者可根據(jù)設(shè)備溫度超標(biāo)的程度、設(shè)備負(fù)荷率的大小、設(shè)備重要性以及設(shè)備承受機(jī)械應(yīng)力的大小來確定設(shè)備的缺陷性質(zhì)。

2.2相對(duì)溫差判斷法。為排除負(fù)荷及環(huán)境溫度不同對(duì)紅外診斷結(jié)果的影響，當(dāng)環(huán)境溫度較低而負(fù)荷電流較小的情況下，設(shè)備的溫度并沒有超過GB763-90中的有關(guān)規(guī)定，但大量的事實(shí)證明此時(shí)的溫度值并不能說明設(shè)備沒有缺陷或故障存在，往往在負(fù)荷增加或環(huán)境溫度上升后，就會(huì)引發(fā)設(shè)備事故。因此，用相對(duì)溫差法對(duì)電流型設(shè)備故障判斷更為科學(xué)。

相對(duì)溫差是指設(shè)備基本情況（包括設(shè)備型號(hào)規(guī)范、安裝地點(diǎn)、表面狀態(tài)、負(fù)荷電流或所加電壓的有效值）相同的兩個(gè)對(duì)應(yīng)測(cè)量點(diǎn)之間的溫差與其中較熱點(diǎn)溫升的比值的百分?jǐn)?shù)。相對(duì)溫差的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：δt=（τ1-τ2）/τ1×100% （1）式中，τ1為溫度較高的測(cè)點(diǎn)的溫升值，單位為K，τ2為正常相設(shè)備對(duì)應(yīng)點(diǎn)的溫升值，單位為K，一般當(dāng)δt≥35%時(shí) ，就可以診斷該設(shè)備存在缺陷，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視，必要時(shí)安排計(jì)劃檢修。

同類設(shè)備在相同環(huán)境下的散熱條件是相似的，電力系統(tǒng)的三相電流是基本對(duì)稱的，根據(jù)研究表明，相對(duì)溫差與回路電阻的相對(duì)偏差 δτ基本一致，即：δt=（τ1-τ2）/τ1×100%≈（R1-R2）/R1×100%=δτ （2）

因此，設(shè)備兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)溫差，可近似看作兩測(cè)點(diǎn)回路電阻的相對(duì)偏差，即兩個(gè)對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)溫差與其回路電阻的相對(duì)偏差有較好的相關(guān)性。

在正常情況下，正常相回路電阻R與廠家的規(guī)定值或新安裝時(shí)的測(cè)量值是比較接近的，根據(jù)（2）式可求出：R1≈R2/（1-δt） （3）

由（3）式可知，測(cè)出了發(fā)熱點(diǎn)相對(duì)溫差值，就等于測(cè)出了它的接觸電阻的大概值。

2.3同類比較法。同類比較法是指在同類設(shè)備之間進(jìn)行比較，所謂“同類”設(shè)備的含義就是指同一回路同型設(shè)備和同一設(shè)備的三相，即它們的工況、環(huán)境溫度及背景熱噪音相同可比時(shí)的同型設(shè)備，通常也稱作“縱向比較”和“橫向比較”。在進(jìn)行同類比較時(shí)，要注意不能排除有三相設(shè)備同時(shí)產(chǎn)生熱故障的可能性，雖然這種情況出現(xiàn)的幾率相當(dāng)?shù)汀４朔ㄊ褂梅秶鷱V，包括電流型和電壓型設(shè)備，包括對(duì)內(nèi)、外設(shè)備故障的診斷。

2.4熱譜圖分析法。根據(jù)同類設(shè)備在正常和異常狀態(tài)下的熱譜圖的差異來判斷設(shè)備是否異常。該方法一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，通常將熱譜圖分析法與表面溫度判斷法、相對(duì)溫差判別法結(jié)合起來進(jìn)行判斷。

2.5檔案分析法。分析同一設(shè)備在不同時(shí)期的檢測(cè)數(shù)據(jù)， 如溫升、相對(duì)溫差和熱譜圖，找出設(shè)備致熱參數(shù)的變化趨勢(shì)和變化速率，以判斷設(shè)備是否正常。同時(shí)還應(yīng)參考其他檢測(cè)結(jié)果，如色譜及tgδ等的變化情況以及進(jìn)行綜合判斷。檔案分析法更有利于對(duì)重要的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)備進(jìn)行正確判斷。

3 紅外測(cè)試時(shí)應(yīng)注意的問題

3.1在室外測(cè)溫時(shí)，對(duì)一般的紅外成像儀應(yīng)選擇比較干燥的天氣時(shí)進(jìn)行，空氣濕度不宜大于85%。

3.2一般宜在日出之前、日落之后或陰天進(jìn)行紅外測(cè)溫，對(duì)于室內(nèi)檢測(cè)宜閉燈進(jìn)行，被檢測(cè)設(shè)備應(yīng)避免燈光直射。

3.3一般宜在無風(fēng)或風(fēng)力很小的時(shí)候進(jìn)行紅外測(cè)溫，一般風(fēng)速不宜超過0.5m/s。

3.4一般情況下應(yīng)對(duì)全部設(shè)備一年檢測(cè)一次，重要樞紐站、重負(fù)荷站及運(yùn)行環(huán)境惡劣或設(shè)備老化的變電站可適當(dāng)縮短檢測(cè)周期。

4 診斷實(shí)例

2008年5月12日四川汶川大地震后，成都地區(qū)某 500kV變電站進(jìn)行地震后測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)220kV蜀魚一線265開關(guān)CT（A相）連接片發(fā)熱，溫度為152℃。當(dāng)時(shí)，220kV蜀魚一線265開關(guān)負(fù)荷為549A，265開關(guān)CTB、C相相同部位溫度為32℃，環(huán)境溫度為25℃。根據(jù)（1）式計(jì)算出相對(duì)溫差：δt=（152-32）/152×100%=78.95% （4）

根據(jù)（3）式計(jì)算出發(fā)熱點(diǎn)與正常點(diǎn)的電阻比：R1/R2=（1-δτ ）=4.75 （5）

可見發(fā)熱點(diǎn)的電阻是正常點(diǎn)電阻的4.75倍，是導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱的主要原因。經(jīng)檢修人員檢查，發(fā)現(xiàn)是220kV蜀魚一線265開關(guān)CT（A相）連接片螺絲松動(dòng)，證實(shí)了接觸電阻增大發(fā)熱的原因。經(jīng)緊固螺絲后恢復(fù)正常，該線路恢復(fù)送電后，經(jīng)跟蹤測(cè)溫未見異常。

5 結(jié)束語

紅外成像技術(shù)通過對(duì)設(shè)備的表面進(jìn)行紅外掃描測(cè)溫來進(jìn)行監(jiān)測(cè)與診斷，仍具有一定的局限性，其診斷的正確與否與測(cè)試人員對(duì)電氣設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的掌握程度有密切關(guān)系。只有提高測(cè)試人員的素質(zhì)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，從設(shè)備的熱圖譜出發(fā)結(jié)合其他測(cè)試數(shù)據(jù)綜合判斷設(shè)備的故障及類別，才能使紅外成像技術(shù)更好地為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國機(jī)械電子工業(yè)部，《GB763—90交流高壓電器在長期工作時(shí)的發(fā)熱》，機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]邸旭、楊進(jìn)華，《微光與紅外成像技術(shù)》，機(jī)械工業(yè)出版社.