紅外測(cè)溫設(shè)備在電氣設(shè)備維護(hù)中的應(yīng)用

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摘要：電氣設(shè)備的維護(hù)隨著科技的發(fā)展，其要求與標(biāo)準(zhǔn)也越來(lái)越高。紅外測(cè)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(yù)測(cè)，而越來(lái)越受到人們的青睞。本文結(jié)合紅外測(cè)溫設(shè)備的相關(guān)原理，探討了其在電氣設(shè)備維護(hù)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：紅外測(cè)溫設(shè)備；電氣設(shè)備維護(hù)；應(yīng)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(cè)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(gè)主要問(wèn)題。如為了防止過(guò)熱造成停電事故，需用大量人力手工測(cè)量接頭或?qū)Ь€的電阻比。不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且作業(yè)危險(xiǎn)。利用紅外溫度測(cè)量?jī)x則只需手持儀器對(duì)著導(dǎo)線接頭直接測(cè)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(guò)程中往往伴隨著溫度的升高，根據(jù)所測(cè)溫度及電氣設(shè)備的特點(diǎn)，可以判斷該設(shè)備是否已經(jīng)變壞，并可做出趨勢(shì)分析。

1.紅外測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理

紅外測(cè)溫儀的工作原理紅外系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)用于接收波長(zhǎng)為0.75～1000電磁輻射的光學(xué)-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(hào)并用于實(shí)現(xiàn)某種實(shí)際應(yīng)用。紅外測(cè)溫儀則是通過(guò)接收被測(cè)物體的輻射能來(lái)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(cè)試裝置相比，紅外測(cè)溫儀具有諸多優(yōu)點(diǎn)：①無(wú)需與被測(cè)物體接觸，可遠(yuǎn)距離測(cè)量；②響應(yīng)速率快，時(shí)間在毫秒甚至微秒數(shù)量級(jí)；③靈敏度高；④測(cè)溫范圍寬。由于被測(cè)對(duì)象、測(cè)溫范圍、應(yīng)用場(chǎng)合不同，紅外測(cè)溫儀的外觀設(shè)計(jì)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(gè)系統(tǒng)主要由光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器、信號(hào)處理電路及顯示終端等組成。基本工作原理是：光學(xué)系統(tǒng)匯聚視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場(chǎng)大小則由光學(xué)零件及位置確定；紅外能量聚焦在光電探測(cè)器上并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)；信號(hào)經(jīng)放大器和信號(hào)處理電路校正后再轉(zhuǎn)化為被測(cè)目標(biāo)的溫度值；測(cè)溫儀上的激光僅用于瞄準(zhǔn)目標(biāo)。

圖1紅外測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.紅外測(cè)溫設(shè)備在電氣設(shè)備維護(hù)中的應(yīng)用探討

2.1紅外熱像儀

紅外熱像儀是利用紅外探測(cè)器、光學(xué)成像物鏡和光機(jī)掃描系統(tǒng)（目前先進(jìn)的焦平面技術(shù)則省去了光機(jī)掃描系統(tǒng)）接收被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形并反映到紅外探測(cè)器的光敏元上，在光學(xué)系統(tǒng)和紅外探測(cè)器之問(wèn)，有一個(gè)光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)（焦平面熱像儀無(wú)此機(jī)構(gòu)）對(duì)被測(cè)物體的紅外熱像進(jìn)行掃描，并聚焦在單元或分光探測(cè)器上，由探測(cè)器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換或標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)通過(guò)電視屏或監(jiān)測(cè)器顯示紅外熱像圖。這種熱像圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)；實(shí)質(zhì)上是被測(cè)目標(biāo)物體各部分紅外輻射的熱像分布圖。由于信號(hào)非常弱，與可見(jiàn)光圖像相比，缺少層次和立體感，因此，在實(shí)際動(dòng)作過(guò)程中為更有效地判斷被測(cè)目標(biāo)的紅外熱分布場(chǎng)，常采用一些輔助措施來(lái)增加儀器的實(shí)用功能，如圖像亮度、對(duì)比度的控制，實(shí)標(biāo)校正，偽色彩描繪等技術(shù)[1]。

如我國(guó)某變電站用紅外熱像儀檢測(cè)一臺(tái)SW2-220Ⅱ型少油斷路器時(shí)，它的A相南柱北斷口整個(gè)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(guò)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(gè)電氣連接，即上帽與支持座之間、支持座與靜觸頭之間，動(dòng)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(chǎng)是有差異的，前者溫度場(chǎng)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(yán)重的內(nèi)部過(guò)熱故障，故建議立即停電檢修。檢修前測(cè)得該相斷口接觸電阻是6550，而正常值為126。解體后可見(jiàn)滅弧室玻璃鋼筒上部因過(guò)熱而變黑，支持座與靜觸頭上部電氣連接面已被嚴(yán)重碳化發(fā)黑的油污所覆蓋，清除油污后可清楚見(jiàn)到動(dòng)靜觸頭的兩接觸面均被燒蝕，估計(jì)此處溫度已超過(guò)500℃。斷口的其他電氣連接部位未發(fā)現(xiàn)過(guò)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(yán)重事故。

2.2紅外點(diǎn)溫儀

紅外點(diǎn)溫儀（或測(cè)溫儀）是依據(jù)待測(cè)目標(biāo)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(xué)系統(tǒng)是收集待測(cè)目標(biāo)發(fā)射的紅外輻射能量，并把它們匯聚到紅外探測(cè)器的光敏面上；紅外探測(cè)器是決定點(diǎn)溫儀性能的關(guān)鍵部件；信號(hào)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(bǔ)償、A/D和D/A轉(zhuǎn)換及根據(jù)要求輸出信號(hào)等。若與微機(jī)結(jié)合則可實(shí)現(xiàn)智能化測(cè)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(diǎn)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(hào)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(guò)熱，經(jīng)處理后復(fù)測(cè)該接頭溫度仍達(dá)86℃，說(shuō)明沒(méi)有查到故障源。故決定采用紅外點(diǎn)溫儀進(jìn)行人工掃描檢測(cè)，找出最熱點(diǎn)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(jiàn)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(diǎn)溫儀普測(cè)，環(huán)境溫度14℃，檢出0號(hào)變壓器的隔離開(kāi)關(guān)A相刀閘嘴溫度高達(dá)209℃。B相和C相分別為102℃和97℃；而同一回路的另一臺(tái)同型號(hào)隔離開(kāi)關(guān)的相應(yīng)部位溫度僅為48.5℃和42℃。在相同負(fù)荷下，相同型號(hào)的設(shè)備采用同類比較法診斷，說(shuō)明前述隔離開(kāi)關(guān)三相均存在缺陷，而A相最嚴(yán)重，目測(cè)可見(jiàn)該過(guò)熱刀閘嘴已呈黑色，人站在絕緣墊上用手觸摸時(shí)感到高熱而不能接觸。當(dāng)時(shí)決定立即采用1號(hào)變壓器帶1號(hào)發(fā)電機(jī)，將0號(hào)變壓器停電以便處理故障，從而使機(jī)組的安全運(yùn)行得到保證[2]。

3.紅外點(diǎn)溫儀與熱像儀的配合應(yīng)用

某局變電工區(qū)用紅外點(diǎn)溫儀檢測(cè)出一臺(tái)空氣開(kāi)關(guān)的觸頭溫度高達(dá)93℃，為進(jìn)一步細(xì)查，又采用熱像儀檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了靜觸頭端部溫升最高已達(dá)118℃，最后仍用便攜的紅外點(diǎn)溫儀監(jiān)測(cè)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(tái)專為高爐供風(fēng)的電動(dòng)機(jī)（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(wèn)題。若由電動(dòng)機(jī)制造廠修復(fù)，則需返廠大修，不僅費(fèi)用高，且檢修周期長(zhǎng)；又因無(wú)備用電機(jī)，這樣的檢修必將嚴(yán)重影響高爐和全公司的生產(chǎn)。為此決定采用紅外點(diǎn)溫儀和紅外熱像儀聯(lián)合檢測(cè)的方法確定故障源，方法和過(guò)程如下：①將電動(dòng)機(jī)軸芯拆卸，用模擬升溫的方法將定子感應(yīng)加熱；②用紅外點(diǎn)溫儀和紅外熱像儀配合測(cè)量溫度，迅速準(zhǔn)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(chǎng)標(biāo)定；④確定檢修方案，經(jīng)過(guò)三天時(shí)問(wèn)的小修就完全排除了故障[3]。

4.結(jié)語(yǔ)

盡管電氣事故危害如此嚴(yán)重，但并非不能預(yù)防。電氣事故引起斷電、起火也有其規(guī)律可循。當(dāng)電氣線路發(fā)生故障時(shí)，通常首先表現(xiàn)為導(dǎo)體過(guò)熱、阻抗增大。若導(dǎo)體過(guò)熱達(dá)到臨界溫度，則會(huì)導(dǎo)致絕緣層起火或引燃周圍可燃物體。從導(dǎo)體異常發(fā)熱到引燃有一個(gè)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(zāi)的發(fā)生。同時(shí)對(duì)電氣設(shè)備的熱狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)也是至關(guān)重要的。紅外測(cè)溫設(shè)備運(yùn)用紅外非接觸測(cè)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(yùn)行狀態(tài)下的監(jiān)測(cè)溫度的要求。經(jīng)驗(yàn)證明，紅外測(cè)溫設(shè)備在準(zhǔn)確判斷電氣設(shè)備故障、有效降低維修費(fèi)用和保證安全可靠供電方面有著良好的效益，已廣泛地應(yīng)用于電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

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

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

[3]劉俊慧.遠(yuǎn)紅外測(cè)溫在電氣設(shè)備上的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息.2013（01）.

作者簡(jiǎn)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(hù)方面的工作。