安徽理工大學(xué) 楊 晨

紅外測(cè)溫技術(shù)在當(dāng)前科技的發(fā)展之下已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，效果顯著，使得電力設(shè)備運(yùn)行的可靠性能大大提高，本文首先介紹了紅外檢測(cè)技術(shù)的原理與特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了紅外診斷技術(shù)的內(nèi)容及其判斷法。使用紅外測(cè)溫技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備故障診斷，可以有效確保我國(guó)電力系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展與運(yùn)行。

自2011年3月份起，我國(guó)頒布一系列法律條規(guī)來(lái)實(shí)現(xiàn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的快速穩(wěn)定發(fā)展。而加強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)，保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行，現(xiàn)代化的電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)手段是必不可少的環(huán)節(jié)。

現(xiàn)今，現(xiàn)代紅外診斷技術(shù)已日益得到發(fā)展且趨于成熟，借以紅外熱成像診斷技術(shù)的快速無(wú)接觸、準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)發(fā)展起來(lái)的電力變電站設(shè)備紅外測(cè)溫檢測(cè)技術(shù)已備受?chē)?guó)內(nèi)外專業(yè)領(lǐng)域的關(guān)注。

1 紅外測(cè)溫技術(shù)的原理與特點(diǎn)

1.1 紅外測(cè)溫技術(shù)的原理

無(wú)論是何種物體，當(dāng)其表面溫度超過(guò)-273℃絕對(duì)零度，就會(huì)向外輻射出熱量，由于物體表面溫度存在差異，導(dǎo)致其能量的輻射水平與輻射波長(zhǎng)也存在差異。但若是考慮紅外輻射，當(dāng)物體表面溫度未能超出限定值時(shí)，由紅外波在電磁熱輻射的刺激下產(chǎn)生的電磁波強(qiáng)度是最大的，由此可見(jiàn)，通過(guò)測(cè)定物體表面紅外波熱輻射出的能量，就可以實(shí)現(xiàn)物體表面溫度的精確測(cè)量。

1.2 電力設(shè)備故障及主要機(jī)理

電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備工作的過(guò)程中，在產(chǎn)生的電流、電壓的影響之下，將產(chǎn)生較大的電阻損耗、引起發(fā)熱的介質(zhì)損耗、鐵損增大故障以及電流異常和泄露電流增大4種主要來(lái)源的發(fā)熱。這些都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備表面溫度場(chǎng)分布異常。

1.3 電力設(shè)備紅外輻射的特點(diǎn)

根據(jù)黑體輻射定律一般可以得出黑體的溫度與波長(zhǎng)的關(guān)系，即可以求出目標(biāo)物體的紅外熱輻射功率關(guān)系表達(dá)式，可以求出的輻射或者是全輻射后的功率表達(dá)式為：

在該式當(dāng)中PλT是指光譜輻射功率，λ則為發(fā)生紅外輻射的波長(zhǎng)，T是指熱力學(xué)溫度，C1、C2指的是第一輻射常數(shù)與第二輻射常數(shù)，PT是指全輻射功率，σ是指的是斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)。

由圖1所示可以看出，當(dāng)溫度測(cè)定都為150℃時(shí)，由于輻射率的差異，兩者的光譜輻射度差竟然已經(jīng)達(dá)到了34W/m2，這會(huì)使得測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生變化?？偠灾?，隨著輻射率的減小紅外輻射光譜的強(qiáng)度也會(huì)隨之降低。

圖1 不同輻射率下紅外輻射光譜分布曲線

由圖1中還可以發(fā)現(xiàn)，紅外輻射光譜的波長(zhǎng)峰度值也與物體表面溫度存在著反比關(guān)系，即隨著電力設(shè)備溫度的降低紅外輻射光譜峰值的波長(zhǎng)將會(huì)變大，隨著電力變電站設(shè)備溫度的升高，紅外輻射光譜波長(zhǎng)峰值的移動(dòng)規(guī)律遵循如下所示的維恩公式：

在該式中λ是指紅外輻射光譜峰值的波長(zhǎng)，T則指的是熱力學(xué)溫度。

2 電力變電站紅外診斷技術(shù)

通常情況，變電站中電力設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程中，不管是由于電力設(shè)備內(nèi)部介質(zhì)產(chǎn)生的電壓損耗引起的發(fā)熱，還是載流設(shè)備當(dāng)中由電流導(dǎo)致的發(fā)熱，故障產(chǎn)生的區(qū)域部位溫度都會(huì)明顯發(fā)生改變，并向著外部環(huán)境中輻射出紅外射線。相對(duì)于紅外診斷技術(shù)來(lái)說(shuō)，選用的相關(guān)判據(jù)理論將直接關(guān)系到運(yùn)用紅外技術(shù)對(duì)電力變電站相關(guān)設(shè)備進(jìn)行診斷的準(zhǔn)確性能。近幾年來(lái)，將紅外診斷技術(shù)運(yùn)用到圖像以及數(shù)字處理上的頻次快速增長(zhǎng)，這使得紅外診斷技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展，為將紅外診斷技術(shù)運(yùn)用到電力變電站設(shè)備故障診斷提供了一種新的研究方向。

3 常規(guī)紅外診斷方法

3.1 表面溫度判斷法

當(dāng)電力設(shè)備中電磁部分發(fā)生鐵損耗以及由電流導(dǎo)致的溫度升高的情況之下，運(yùn)用表面溫度判斷法將會(huì)更適用。對(duì)比于標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)定的溫度上限值，根據(jù)熱成像儀檢測(cè)到的設(shè)備表面溫度結(jié)合負(fù)載率以及天氣狀況，可判斷出部分設(shè)備的故障狀況，然而使用此種方法卻缺乏預(yù)見(jiàn)性，僅僅可用于當(dāng)前時(shí)刻情況測(cè)定，抑或是存在的缺陷。但是該方法也存在不可忽視的優(yōu)點(diǎn)，使用此種方法很是直觀，且適用性強(qiáng)，大多數(shù)是應(yīng)用于已經(jīng)明確了有大負(fù)荷或是故障引起發(fā)熱的情況下。在實(shí)際情況下，當(dāng)使用表面溫度判斷法已經(jīng)感知到設(shè)備的發(fā)熱，并且產(chǎn)生的發(fā)熱已達(dá)到規(guī)定的最大值時(shí)，應(yīng)盡快安排人員進(jìn)行故障排除，以保證設(shè)備能夠正常運(yùn)行。

3.2 同向比較判斷法

同向比較判斷法又稱之為縱向比較判別法，是在相同環(huán)境下對(duì)于型號(hào)相同的電力變電站設(shè)備，從橫向與縱向兩個(gè)方向來(lái)比較溫度變化情況，借以此來(lái)判斷出電力設(shè)備的運(yùn)行以及定位情況。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可得，該種方法非常適用于由電流和電壓引起的設(shè)備發(fā)熱測(cè)定，在不超過(guò)溫升上限且電壓類別相同時(shí)判斷的效果最佳。

3.3 特征圖譜判別法

在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，無(wú)論是何種電力設(shè)備，其表面都存在固定的發(fā)熱溫度。特征圖譜判別法即熱像圖特征判斷法，非常適用于電壓致熱型設(shè)備。特征圖譜判別方法主要是對(duì)比正常與發(fā)生故障兩種情況下的熱像圖，若是差別較大則說(shuō)明此部分可能存在故障，沒(méi)有較大差別則表明設(shè)備運(yùn)行正常，在排除如背景顏色或是太陽(yáng)光等干擾因素后，準(zhǔn)確判斷出該種電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

3.4 相對(duì)溫差判斷法

在電力設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，工況的差異在所難免，為排除此種情況的發(fā)生，故選擇了相對(duì)溫差判斷法來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢驗(yàn)。當(dāng)由于場(chǎng)外環(huán)境溫度較低時(shí)，設(shè)備的溫度就很難達(dá)到事先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)設(shè)值，設(shè)備的潛在缺陷將很難發(fā)覺(jué)。隨著負(fù)荷或天氣溫度的升高會(huì)大概率導(dǎo)致設(shè)備部分損壞。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)可得，當(dāng)周邊環(huán)境溫度尚且未發(fā)生改變之前，設(shè)備就已經(jīng)存在問(wèn)題的話，在環(huán)境溫度變化時(shí)會(huì)對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾因素。使用此種方式可以在檢測(cè)同種型號(hào)以及相同運(yùn)行環(huán)境下設(shè)備的溫度變化情況來(lái)實(shí)現(xiàn)，方法表達(dá)式為下式所示：

在該式子中τ1、τ2是指溫度的變化；T1為所檢測(cè)設(shè)備高于設(shè)定值時(shí)的溫度；T2為同一位置設(shè)備無(wú)故障時(shí)的溫度；T0是指場(chǎng)外溫度。當(dāng)通過(guò)該種方式判斷出δt的值超出35%時(shí)，應(yīng)安排相關(guān)人員盡早排除故障帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.5 檔案分析判別法

使用此種方式來(lái)判斷重要性強(qiáng)或者是有著復(fù)雜結(jié)構(gòu)的變電站設(shè)備的效果是極佳的。該方式一般用于對(duì)其他檢測(cè)方式起輔助作用，能夠較為及時(shí)的找出檢測(cè)設(shè)備已存在的問(wèn)題，預(yù)測(cè)出設(shè)備的運(yùn)行狀況。通過(guò)與其他檢測(cè)方式的結(jié)合可以更為及時(shí)準(zhǔn)確的幫助發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的問(wèn)題，盡早排除故障帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)分析大量歷史狀態(tài)下的數(shù)據(jù)來(lái)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，可以使得數(shù)據(jù)的記錄與分析更具規(guī)范性能，使用該方式可以為設(shè)備的檢修提供工作前提。

3.6 實(shí)時(shí)分析判別法

采用此種方式來(lái)進(jìn)行電力變電站設(shè)備的紅外診斷可以有效提高時(shí)效性能。實(shí)時(shí)分析判別法是特指在不同時(shí)刻，借助與紅外有關(guān)的設(shè)備來(lái)采集在負(fù)載變化的條件下溫度的動(dòng)態(tài)變化，當(dāng)運(yùn)行設(shè)備處于監(jiān)測(cè)狀態(tài)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有運(yùn)行設(shè)備溫度超出限定值，即存在一定的運(yùn)行故障，可以采用該方式來(lái)不間斷監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀況，避免了故障缺陷的進(jìn)一步發(fā)展，幫助采取一系列相關(guān)措施手段來(lái)解決故障問(wèn)題。

結(jié)論：運(yùn)用紅外測(cè)溫技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)變電站電力設(shè)備的故障診斷，不但能夠幫助減少故障帶來(lái)的實(shí)際損失，還能夠幫助節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。現(xiàn)今電力設(shè)備紅外檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)得到了較大的發(fā)展與運(yùn)用，紅外測(cè)溫相關(guān)設(shè)備也得到了改進(jìn)，紅外測(cè)溫技術(shù)會(huì)在電力變電站設(shè)備的應(yīng)用中更為廣泛。