江龍華+唐亮+寧偉東

摘 要：文章對紅外熱像的基本原理、技術(shù)特點及其在電力巡檢中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，同時結(jié)合實際應(yīng)用進(jìn)行了圖譜分析與故障診斷，并對熱像分析軟件平臺進(jìn)行了簡要介紹，從而構(gòu)建了較為完備的紅外熱像巡檢方案，為電力設(shè)備的安全預(yù)警提供了更可靠、更精準(zhǔn)的分析手段，具有很強的推廣意義。

關(guān)鍵詞：紅外熱像；電力設(shè)備；圖譜分析；故障診斷

中圖分類號：U673.37 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）33-0130-02

1 概述

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，發(fā)供電的安全性及可靠性具有極為重要的作用。利用紅外熱像對輸變電設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行檢查，對增強設(shè)備運行可靠性，提高電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益以及降低維修成本，都有很重要的意義。本文對紅外熱像的基本原理、技術(shù)特點及其在電力巡檢中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，同時結(jié)合實際應(yīng)用進(jìn)行了圖譜分析與故障診斷，并對熱像分析軟件平臺進(jìn)行了簡要介紹，從而構(gòu)建了較為完備的紅外熱像巡檢方案。

2 紅外熱像技術(shù)基本原理及特點

自然界中任何物體，只要溫度高于絕對零度，就會以電磁輻射的形式在非常寬的波長范圍內(nèi)發(fā)射能量，產(chǎn)生輻射能。不同的材料、不同的溫度、不同的顏色等，所發(fā)出的熱輻射強度不同。熱成像技術(shù)是指利用紅外探測器和光學(xué)成像物鏡接受被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形，并反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應(yīng)。通俗地講熱成像就是將物體發(fā)出的不可見紅外熱輻射能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷囊曨l圖像。

紅外熱像監(jiān)測具有如下技術(shù)特點：

（1）非接觸式測量。不影響目標(biāo)的溫度分布，同時遠(yuǎn)距離掃描巡檢，可以保證人身安全。

（2）響應(yīng)快。不需要達(dá)到與目標(biāo)物體的熱平衡，只要接受輻射就可以進(jìn)行測量，能夠快速的對大面積的設(shè)備進(jìn)行檢測。

（3）測溫范圍寬。一般測溫范圍在-50～500℃。

（4）靈敏度高。目前最靈敏的熱成像系統(tǒng)能測出0.01℃的溫度變化。

（5）空間分辨率高。具有定性成像與定量測量的雙重功能，并有較高空間分辨率和溫度分辨率，能夠辨別很小的溫差。

3 紅外熱像的應(yīng)用與故障分析

使用紅外熱像儀對設(shè)備進(jìn)行測溫作為無損、非接觸檢測設(shè)備的技術(shù)手段，在設(shè)備帶電運行時，可以發(fā)現(xiàn)其他監(jiān)測手段無法發(fā)現(xiàn)的熱缺陷，減少故障導(dǎo)致的非計劃停運時間，具有超前診斷的優(yōu)越性等優(yōu)點，已經(jīng)在電力行業(yè)逐步推廣應(yīng)用。下面是部分常見的需要進(jìn)行紅外熱成像產(chǎn)品檢查的電力設(shè)施。

（1）發(fā)電設(shè)備：發(fā)電機、汽輪機、送風(fēng)機、給水泵、高低壓加熱器等。下面以發(fā)電機為例進(jìn)行圖譜分析。

圖譜分析：發(fā)電機軸部過熱。發(fā)電機軸承部位與其他部位溫度相比，溫差超標(biāo)。故初步診斷為軸承磨損，導(dǎo)致軸承局部過熱。應(yīng)檢查軸承有無異常噪音，如發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子和定子摩擦，應(yīng)立即停機進(jìn)行檢修。

（2）變電設(shè)備：變壓器、電抗器、電流互感器、電壓互感器、隔離開關(guān)和接地開關(guān)、電容器、避雷器、接地裝置、串聯(lián)補償裝置、變電站設(shè)備外絕緣及絕緣子等。下面以110kV主變壓器為例進(jìn)行圖譜分析。

圖譜分析：主變壓器散熱器下方鐘罩螺栓發(fā)熱。熱像圖中發(fā)熱部位為鐘罩螺栓，且溫度明顯高于正常處，說明熱點在鐘罩螺栓處。產(chǎn)生該螺栓發(fā)熱的根本原因是漏磁通的影響，當(dāng)大量漏磁通經(jīng)過油箱形成回路閉合時，在上下兩節(jié)油箱連接螺栓處，將產(chǎn)生損耗電流，從而使螺栓發(fā)熱。應(yīng)將上述發(fā)熱的螺栓更換成不導(dǎo)磁的不銹鋼螺栓，處理兩天用紅外成像測量方法跟蹤處理后發(fā)熱情況，發(fā)現(xiàn)設(shè)備恢復(fù)正常，則故障成功消除。

（3）輸電設(shè)備：電力電纜、套管、金具、絕緣子、導(dǎo)線接頭等。下面以500kV套管為例進(jìn)行圖譜分析。圖譜分析：左側(cè)（中壓側(cè)）套管出線線夾有明顯熱點。熱點溫度分布以出線線夾為最熱點，熱點溫度與負(fù)荷電流大小關(guān)系明顯，成正比。故診斷故障原因為變壓器套管出線線夾接觸不良。一般缺陷進(jìn)行跟蹤檢測；嚴(yán)重缺陷、危急缺陷停電進(jìn)行緊固、打磨、涂抹導(dǎo)電脂處理。

（4）配電設(shè)備：斷路器、電纜終端、穿盤套管、引線接頭、低壓刀閘等。下面以110kV斷路器為例進(jìn)行圖譜分析。

圖譜分析：右側(cè)斷路器靜觸頭法蘭發(fā)熱。出線線夾較頂帽溫度低，而缺陷相頂帽溫度較下法蘭高，且大于正常相溫度，熱點溫度與負(fù)荷電流大小關(guān)系明顯，成正比。故診斷故障原因為斷路器內(nèi)部靜觸頭組件接觸不良引起發(fā)熱。應(yīng)安排停電進(jìn)行檢查，進(jìn)行回路電阻測試，確認(rèn)缺陷后安排解體檢修。

（5）配電柜異常檢測：負(fù)荷開關(guān)、接觸器、熔斷器、接線端子等。下面以熔斷器為例進(jìn)行圖譜分析。圖譜分析：中間相熔斷器溫升異常缺陷。采用同類比較判斷法，中間相熔斷器明顯高于其他兩相?，F(xiàn)場排除三相電流不平衡等因素，診斷故障原因為熔斷器熔芯配置不合理，載流量不能滿足要求或內(nèi)部散股、斷股。應(yīng)安排停電檢查，更換熔斷器。

4 熱像分析軟件平臺功能介紹

為了對巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的安全隱患進(jìn)行深層次地診斷分析，需要將采集的熱像及相關(guān)數(shù)據(jù)上傳到軟件平臺。利用計算機圖像處理技術(shù)，提取圖像中有用的信息，在與已有的典型圖像庫、標(biāo)準(zhǔn)圖像庫進(jìn)行橫向?qū)Ρ确治龅耐瑫r，還可以調(diào)出該設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向?qū)Ρ?。從而對故障隱患進(jìn)行全方位的精確診斷，并生成診斷報告，同時提供相應(yīng)的檢修決策和指導(dǎo)意見。熱像分析軟件平臺主要功能有：（1）預(yù)診斷功能：實現(xiàn)對批量上傳圖譜或數(shù)據(jù)的預(yù)診斷和精確診斷，大大減少工作量，規(guī)范巡檢工作的流程和效率。（2）遠(yuǎn)程分析、診斷和管理功能：實現(xiàn)對現(xiàn)場巡檢時發(fā)現(xiàn)的疑難圖譜或數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程協(xié)助分析，提高故障發(fā)現(xiàn)和故障處理的響應(yīng)時間，數(shù)據(jù)管理查詢功能實現(xiàn)對大量圖譜或數(shù)據(jù)的分類歸檔管理，按設(shè)備類型、故障類型建立故障判斷數(shù)據(jù)庫、典型圖像庫、標(biāo)準(zhǔn)圖像庫等。（3）知識共享和培訓(xùn)功能：診斷共享數(shù)據(jù)庫是遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)倉庫、案例庫、知識庫，各部門可以在區(qū)域范圍內(nèi)共享圖庫和經(jīng)驗，對專業(yè)人員進(jìn)行紅外診斷技能培訓(xùn)。（4）診斷報表生成功能：系統(tǒng)支持自動生成診斷報表，并可根據(jù)要求定制報表模板。

5 結(jié)束語

為了能夠進(jìn)一步推廣應(yīng)用熱成像技術(shù)，在提升產(chǎn)品性能、降低設(shè)備成本的同時，還需要提高對熱成像數(shù)據(jù)的分析與診斷能力，完善圖庫共享數(shù)據(jù)信息庫和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)，為電網(wǎng)安全預(yù)警和設(shè)備管理檢修提供有效的技術(shù)支撐。

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