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摘要：電氣設(shè)備的維護隨著科技的發(fā)展，其要求與標準也越來越高。紅外測溫設(shè)備由于能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備的早期缺陷做出可靠的預測，而越來越受到人們的青睞。本文結(jié)合紅外測溫設(shè)備的相關(guān)原理，探討了其在電氣設(shè)備維護中的應用。

關(guān)鍵詞：紅外測溫設(shè)備；電氣設(shè)備維護；應用探討

前言

只要表面發(fā)出的紅外輻射不受阻擋，都屬于紅外診斷技術(shù)的有效監(jiān)測設(shè)備，例如，互感器、電力電容器、電力電纜、組合電器、低壓電器及二次回路等。在電力系統(tǒng)中，輸電電纜的接頭發(fā)熱是電力設(shè)備中的一個主要問題。如為了防止過熱造成停電事故，需用大量人力手工測量接頭或?qū)Ь€的電阻比。不僅勞動強度大，而且作業(yè)危險。利用紅外溫度測量儀則只需手持儀器對著導線接頭直接測量，幾分鐘即可完成檢查工作。此外電氣部件的故障是逐漸惡化的，在此過程中往往伴隨著溫度的升高，根據(jù)所測溫度及電氣設(shè)備的特點，可以判斷該設(shè)備是否已經(jīng)變壞，并可做出趨勢分析。

1.紅外測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理

紅外測溫儀的工作原理紅外系統(tǒng)本質(zhì)上是一個用于接收波長為0.75～1000電磁輻射的光學-電子系統(tǒng)，其基本功能是將接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)換成為電信號并用于實現(xiàn)某種實際應用。紅外測溫儀則是通過接收被測物體的輻射能來確定物體溫度，且僅能給出物體的表面溫度。與接觸式溫度測試裝置相比，紅外測溫儀具有諸多優(yōu)點：①無需與被測物體接觸，可遠距離測量；②響應速率快，時間在毫秒甚至微秒數(shù)量級；③靈敏度高；④測溫范圍寬。由于被測對象、測溫范圍、應用場合不同，紅外測溫儀的外觀設(shè)計和內(nèi)部構(gòu)造有所差異，但基本結(jié)構(gòu)相似。如圖1所示，整個系統(tǒng)主要由光學系統(tǒng)、探測器、信號處理電路及顯示終端等組成?；竟ぷ髟硎牵汗鈱W系統(tǒng)匯聚視場內(nèi)的目標紅外輻射能量，視場大小則由光學零件及位置確定；紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)化為相應的電信號；信號經(jīng)放大器和信號處理電路校正后再轉(zhuǎn)化為被測目標的溫度值；測溫儀上的激光僅用于瞄準目標。

圖1紅外測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.紅外測溫設(shè)備在電氣設(shè)備維護中的應用探討

2.1紅外熱像儀

紅外熱像儀是利用紅外探測器、光學成像物鏡和光機掃描系統(tǒng)（目前先進的焦平面技術(shù)則省去了光機掃描系統(tǒng)）接收被測目標的紅外輻射能量分布圖形并反映到紅外探測器的光敏元上，在光學系統(tǒng)和紅外探測器之問，有一個光機掃描機構(gòu)（焦平面熱像儀無此機構(gòu)）對被測物體的紅外熱像進行掃描，并聚焦在單元或分光探測器上，由探測器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換或標準視頻信號通過電視屏或監(jiān)測器顯示紅外熱像圖。這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應；實質(zhì)上是被測目標物體各部分紅外輻射的熱像分布圖。由于信號非常弱，與可見光圖像相比，缺少層次和立體感，因此，在實際動作過程中為更有效地判斷被測目標的紅外熱分布場，常采用一些輔助措施來增加儀器的實用功能，如圖像亮度、對比度的控制，實標校正，偽色彩描繪等技術(shù)[1]。

如我國某變電站用紅外熱像儀檢測一臺SW2-220Ⅱ型少油斷路器時，它的A相南柱北斷口整個上帽發(fā)熱，溫度為87℃，而正常相的相同部位僅為19℃，環(huán)境溫度為17℃。從熱像分析，高溫區(qū)處于上帽下部，即靜觸頭所在部位，而上帽外部的接頭處溫度較低，從而確診上帽過熱系由其內(nèi)部接觸不良引起。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析發(fā)熱的部位是三個電氣連接，即上帽與支持座之間、支持座與靜觸頭之間，動靜觸頭之間三處。根據(jù)傳熱途徑分析，三處熱源造成的溫度場是有差異的，前者溫度場不均勻度明顯，后兩者則比較均勻。上帽溫升值為70℃，溫度高于正常相68℃，屬于嚴重的內(nèi)部過熱故障，故建議立即停電檢修。檢修前測得該相斷口接觸電阻是6550，而正常值為126。解體后可見滅弧室玻璃鋼筒上部因過熱而變黑，支持座與靜觸頭上部電氣連接面已被嚴重碳化發(fā)黑的油污所覆蓋，清除油污后可清楚見到動靜觸頭的兩接觸面均被燒蝕，估計此處溫度已超過500℃。斷口的其他電氣連接部位未發(fā)現(xiàn)過熱痕跡。這次紅外診斷避免了一起可能發(fā)生的斷路器爆炸的嚴重事故。

2.2紅外點溫儀

紅外點溫儀（或測溫儀）是依據(jù)待測目標的紅外輻射能量與其溫度具有固定函數(shù)關(guān)系而制成的，其原理如圖2所示，它主要由四部分組成。其中紅外光學系統(tǒng)是收集待測目標發(fā)射的紅外輻射能量，并把它們匯聚到紅外探測器的光敏面上；紅外探測器是決定點溫儀性能的關(guān)鍵部件；信號處理系統(tǒng)的主要作用是放大、抑制噪聲、線性化處理、發(fā)射率修正、環(huán)境溫度補償、A/D和D/A轉(zhuǎn)換及根據(jù)要求輸出信號等。若與微機結(jié)合則可實現(xiàn)智能化測溫功能。顯示系統(tǒng)可選用發(fā)光二極管、數(shù)碼管和液晶等數(shù)字顯示器件。

圖2紅外點溫儀原理框圖

如華北電網(wǎng)某供電公司文安變電站檢出3號電流互感器C相電源側(cè)接頭溫度為87℃，懷疑是接觸不良造成過熱，經(jīng)處理后復測該接頭溫度仍達86℃，說明沒有查到故障源。故決定采用紅外點溫儀進行人工掃描檢測，找出最熱點在一次引出線的根部，診斷為內(nèi)部故障引起發(fā)熱。經(jīng)解體檢查，見其內(nèi)部接頭已燒損，油已變成黑色。

又如某電廠380V廠用電設(shè)備采用紅外點溫儀普測，環(huán)境溫度14℃，檢出0號變壓器的隔離開關(guān)A相刀閘嘴溫度高達209℃。B相和C相分別為102℃和97℃；而同一回路的另一臺同型號隔離開關(guān)的相應部位溫度僅為48.5℃和42℃。在相同負荷下，相同型號的設(shè)備采用同類比較法診斷，說明前述隔離開關(guān)三相均存在缺陷，而A相最嚴重，目測可見該過熱刀閘嘴已呈黑色，人站在絕緣墊上用手觸摸時感到高熱而不能接觸。當時決定立即采用1號變壓器帶1號發(fā)電機，將0號變壓器停電以便處理故障，從而使機組的安全運行得到保證[2]。

3.紅外點溫儀與熱像儀的配合應用

某局變電工區(qū)用紅外點溫儀檢測出一臺空氣開關(guān)的觸頭溫度高達93℃，為進一步細查，又采用熱像儀檢測，發(fā)現(xiàn)了靜觸頭端部溫升最高已達118℃，最后仍用便攜的紅外點溫儀監(jiān)測呈最高溫度的靜觸頭端部，并采取措施在減少停電和保證設(shè)備安全的前提下，完成了缺陷處理。

某鋼廠自備電廠中，一臺專為高爐供風的電動機（YK2500-2/1180，2500kW）發(fā)生超溫故障，經(jīng)檢查分析判斷為定子鐵心有問題。若由電動機制造廠修復，則需返廠大修，不僅費用高，且檢修周期長；又因無備用電機，這樣的檢修必將嚴重影響高爐和全公司的生產(chǎn)。為此決定采用紅外點溫儀和紅外熱像儀聯(lián)合檢測的方法確定故障源，方法和過程如下：①將電動機軸芯拆卸，用模擬升溫的方法將定子感應加熱；②用紅外點溫儀和紅外熱像儀配合測量溫度，迅速準確地描繪出定子鐵心的熱分布圖；③根據(jù)鐵心的熱分布圖確定了故障部位，并作了現(xiàn)場標定；④確定檢修方案，經(jīng)過三天時問的小修就完全排除了故障[3]。

4.結(jié)語

盡管電氣事故危害如此嚴重，但并非不能預防。電氣事故引起斷電、起火也有其規(guī)律可循。當電氣線路發(fā)生故障時，通常首先表現(xiàn)為導體過熱、阻抗增大。若導體過熱達到臨界溫度，則會導致絕緣層起火或引燃周圍可燃物體。從導體異常發(fā)熱到引燃有一個發(fā)生發(fā)展階段，稱為隱患潛伏期。如果能在潛伏期內(nèi)找出電氣隱患并予以整改，就可以有效地避免電氣事故及電氣火災的發(fā)生。同時對電氣設(shè)備的熱狀態(tài)進行監(jiān)測也是至關(guān)重要的。紅外測溫設(shè)備運用紅外非接觸測溫技術(shù)恰好滿足了電氣設(shè)備在高電壓、大電流、高速旋轉(zhuǎn)等運行狀態(tài)下的監(jiān)測溫度的要求。經(jīng)驗證明，紅外測溫設(shè)備在準確判斷電氣設(shè)備故障、有效降低維修費用和保證安全可靠供電方面有著良好的效益，已廣泛地應用于電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測。

參考文獻：

[1]闕小生，陳德興.紅外測溫技術(shù)在超高壓電網(wǎng)中的應用與探討[J].應用科技.2013（04）.

[2]劉方，周耀顯，張予洛.紅外測溫技術(shù)在電容式電壓互感器故障判斷中的應用[J].電力電容器與無功補償.2014（01）.

[3]劉俊慧.遠紅外測溫在電氣設(shè)備上的應用[J].黑龍江科技信息.2013（01）.

作者簡介：

韋建均（1984.10—），男（壯族），廣西南寧人，助理工程師，本科，從電氣設(shè)備維護方面的工作。