紅外成像技術在檢測電氣設備熱缺陷上的應用

【摘 要】紅外成像技術越來越多地應用于診斷電氣設備和線路設備的熱缺陷，對及時發(fā)現(xiàn)和預防因電氣設備發(fā)熱引發(fā)的重大事故起到了提前預判作用。從紅外成像原理、對電氣設備紅外診斷方法進行了分析，以實例對紅外成像技術在檢測電氣設備熱缺陷中的應用進行了說明，旨在提高對電氣設備熱缺陷判定和定性的準確性，以保證電氣設備及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

【關鍵詞】紅外成像技術 電氣設備 熱缺陷

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

1 紅外成像原理

由黑體輻射理論可知，任何溫度高于絕對零度的物體表面都會自發(fā)地、連續(xù)不斷地輻射紅外線。紅外成像運用光電技術檢測物體熱輻射的紅外線特定波段信號，將該信號轉換成可供人類視覺分辨的圖像和圖形，并可以進一步計算出溫度值。

2 診斷方法

2.1表面溫度判斷法。根據(jù)測得的設備表面溫度值，對照GB763-90中的有關規(guī)定進行診斷，凡溫度或溫升超過標準者可根據(jù)設備溫度超標的程度、設備負荷率的大小、設備重要性以及設備承受機械應力的大小來確定設備的缺陷性質(zhì)。

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

相對溫差是指設備基本情況（包括設備型號規(guī)范、安裝地點、表面狀態(tài)、負荷電流或所加電壓的有效值）相同的兩個對應測量點之間的溫差與其中較熱點溫升的比值的百分數(shù)。相對溫差的數(shù)學表達式為：δt=（τ1-τ2）/τ1×100% （1）式中，τ1為溫度較高的測點的溫升值，單位為K，τ2為正常相設備對應點的溫升值，單位為K，一般當δt≥35%時 ，就可以診斷該設備存在缺陷，應加強監(jiān)視，必要時安排計劃檢修。

同類設備在相同環(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稱的，根據(jù)研究表明，相對溫差與回路電阻的相對偏差 δτ基本一致，即：δt=（τ1-τ2）/τ1×100%≈（R1-R2）/R1×100%=δτ （2）

因此，設備兩個測點的相對溫差，可近似看作兩測點回路電阻的相對偏差，即兩個對應測點的相對溫差與其回路電阻的相對偏差有較好的相關性。

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

由（3）式可知，測出了發(fā)熱點相對溫差值，就等于測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備之間進行比較，所謂“同類”設備的含義就是指同一回路同型設備和同一設備的三相，即它們的工況、環(huán)境溫度及背景熱噪音相同可比時的同型設備，通常也稱作“縱向比較”和“橫向比較”。在進行同類比較時，要注意不能排除有三相設備同時產(chǎn)生熱故障的可能性，雖然這種情況出現(xiàn)的幾率相當?shù)?。此法使用范圍廣，包括電流型和電壓型設備，包括對內(nèi)、外設備故障的診斷。

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

2.5檔案分析法。分析同一設備在不同時期的檢測數(shù)據(jù)， 如溫升、相對溫差和熱譜圖，找出設備致熱參數(shù)的變化趨勢和變化速率，以判斷設備是否正常。同時還應參考其他檢測結果，如色譜及tgδ等的變化情況以及進行綜合判斷。檔案分析法更有利于對重要的、結構復雜的設備進行正確判斷。

3 紅外測試時應注意的問題

3.1在室外測溫時，對一般的紅外成像儀應選擇比較干燥的天氣時進行，空氣濕度不宜大于85%。

3.2一般宜在日出之前、日落之后或陰天進行紅外測溫，對于室內(nèi)檢測宜閉燈進行，被檢測設備應避免燈光直射。

3.3一般宜在無風或風力很小的時候進行紅外測溫，一般風速不宜超過0.5m/s。

3.4一般情況下應對全部設備一年檢測一次，重要樞紐站、重負荷站及運行環(huán)境惡劣或設備老化的變電站可適當縮短檢測周期。

4 診斷實例

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

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

可見發(fā)熱點的電阻是正常點電阻的4.75倍，是導致設備發(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CT（A相）連接片螺絲松動，證實了接觸電阻增大發(fā)熱的原因。經(jīng)緊固螺絲后恢復正常，該線路恢復送電后，經(jīng)跟蹤測溫未見異常。

5 結束語

紅外成像技術通過對設備的表面進行紅外掃描測溫來進行監(jiān)測與診斷，仍具有一定的局限性，其診斷的正確與否與測試人員對電氣設備內(nèi)部結構和工作原理的掌握程度有密切關系。只有提高測試人員的素質(zhì)，不斷積累經(jīng)驗，從設備的熱圖譜出發(fā)結合其他測試數(shù)據(jù)綜合判斷設備的故障及類別，才能使紅外成像技術更好地為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行服務。

參考文獻：

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

[2]邸旭、楊進華，《微光與紅外成像技術》，機械工業(yè)出版社.