論紅外熱像儀在電力設(shè)備系統(tǒng)中故障診斷應(yīng)用

李楚雄

（國網(wǎng)武漢供電公司檢修公司漢口配電運(yùn)檢室 湖北武漢 430024）

論紅外熱像儀在電力設(shè)備系統(tǒng)中故障診斷應(yīng)用

李楚雄

（國網(wǎng)武漢供電公司檢修公司漢口配電運(yùn)檢室 湖北武漢 430024）

本來針對(duì)紅外熱像儀在電力設(shè)備系統(tǒng)中的故障診斷情況進(jìn)行了分析。首先，本文介紹了紅外熱像儀的基本原理與構(gòu)成并介紹了該儀器的主要熱點(diǎn)。在給出紅外熱像儀的使用事項(xiàng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了實(shí)際的紅外熱像儀在電力設(shè)備系統(tǒng)中故障診斷應(yīng)用情況討論。重點(diǎn)給出了5種不同的設(shè)備檢測(cè)方法，即熱翔特征辨別法、相間互比判斷法、同相比較判斷法、歷史狀態(tài)判斷法、發(fā)熱機(jī)理判斷法。

紅外熱像儀；電力設(shè)備；故障診斷；故障排除

引言

電力設(shè)備系統(tǒng)中故障診斷是針對(duì)電力設(shè)備狀態(tài)檢修的核心技術(shù)，該技術(shù)是隨著電力設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。針對(duì)電力設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行診斷是依據(jù)設(shè)備在運(yùn)行中的參數(shù)通過合理的分析處理方法，同時(shí)與設(shè)備歷史狀態(tài)相結(jié)合，而且獲得設(shè)備性能的發(fā)展趨勢(shì)。定時(shí)進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)檢修可以有效降低電力系統(tǒng)中設(shè)備的檢修費(fèi)用，且可以有效避免故障停電，提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。因此，進(jìn)行電力設(shè)備系統(tǒng)故障診斷具備重大意義。

1 紅外熱像儀

紅外監(jiān)測(cè)技術(shù)[1]是一種針對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的技術(shù)，因此，該技術(shù)可以被廣泛的用于電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行檢測(cè)中。紅外監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種是用高科技手段，在設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，針對(duì)設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)針對(duì)設(shè)備的表面溫度進(jìn)行測(cè)試，通過對(duì)設(shè)備外部或者內(nèi)部缺陷進(jìn)行設(shè)備的狀態(tài)與異常部分進(jìn)行確定，并可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)檢修的技術(shù)。該技術(shù)可以用于電力設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、閥門等設(shè)備的監(jiān)測(cè)情況。

通常，故障診斷監(jiān)測(cè)設(shè)備具備如下四個(gè)部分[2]：

（1）傳感器。傳感器可以用于將物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，根據(jù)監(jiān)測(cè)方法與設(shè)備故障機(jī)理的不同進(jìn)行傳感器的選擇。一般情況下，傳感器適用于在線測(cè)量。經(jīng)濟(jì)性、非侵入性與靈敏度都是傳感器的主要特點(diǎn)。

（2）數(shù)據(jù)獲取。數(shù)據(jù)獲取，主要是針對(duì)來自傳感器的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理與放大處理[3]。比如：實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換與傳感器誤差修正。在此步驟，通過需要使用數(shù)據(jù)通訊技術(shù)與微處理技術(shù)。

（3）故障監(jiān)測(cè)。故障監(jiān)測(cè)主要是針對(duì)機(jī)器內(nèi)的潛在故障進(jìn)行分析，以便及時(shí)進(jìn)行預(yù)警，進(jìn)而可以進(jìn)一步分析。主要具有兩種進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)的方法：模型參考方法與特征提取方法。其中，模型參考方法主要將測(cè)量結(jié)果與模型預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較來進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)。特征提取主要采用空域或者頻域的信號(hào)處理方法進(jìn)行參數(shù)的特征量的獲取。

（4）故障診斷。針對(duì)監(jiān)測(cè)到的異常信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的處理以便可以給出更加明確的維護(hù)信息。目前，使用計(jì)算機(jī)在線技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法比較普遍。通過，向用戶提供故障的診斷結(jié)果主要具有：故障名稱、位置、狀態(tài)與維護(hù)建議等。

2 紅外診斷技術(shù)的特點(diǎn)

紅外診斷技術(shù)具備科學(xué)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障，在造成損失前，將故障消除，提高電力設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行過程中的安全與可靠性。即使有故障出現(xiàn)，也可以按照預(yù)設(shè)的方法對(duì)其進(jìn)行檢修，降低了設(shè)備的受損情況，使得使用壽命被延長。

紅外診斷技術(shù)具備減少故障發(fā)生率的優(yōu)點(diǎn)，可以減少惡意故障所導(dǎo)致的突然停機(jī)或者限電的產(chǎn)生，有利于更有計(jì)劃性的進(jìn)行停機(jī)限電的規(guī)劃，方便了電網(wǎng)調(diào)度的合理性，使得用戶的損失得到了很大程度的保障。

紅外診斷技術(shù)由于自身的實(shí)用性強(qiáng)、靈敏性高、抗干擾能力強(qiáng)、技術(shù)先進(jìn)、安全性高，該技術(shù)在電力設(shè)備系統(tǒng)中的使用具備良好的前景[4]。結(jié)合高壓試驗(yàn)技術(shù)，可以有針對(duì)性的解決絕緣材料的內(nèi)部缺陷檢測(cè)技術(shù)的難題。

3 紅外熱像儀在電力設(shè)備系統(tǒng)中的故障原因分析與診斷方法

3.1 紅外熱像儀的應(yīng)用

紅外熱像儀可以被用于非接觸式的測(cè)溫，同時(shí)也可以針對(duì)物體表面溫度的二維分布和變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，這是該儀器不同于其他儀器的一個(gè)明顯優(yōu)點(diǎn)。該機(jī)器具備圖像處理系統(tǒng)，分辨率高、測(cè)溫速度、直觀、并同時(shí)具備信息采編、處理與分析的特點(diǎn)。因此，雖然該儀器的價(jià)格較高，但是，它依然在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

圖1 紅外熱像儀的基本結(jié)構(gòu)組成圖

紅外熱像儀的最核心器件為紅外探測(cè)器，可以被分為單元探測(cè)器、多元探測(cè)器與具備處理功能的探測(cè)器。一般情況下，紅外熱像儀的工作波長為3～5μm和8～14μm。該儀器主要被用于工業(yè)、醫(yī)學(xué)及軍事等不同的領(lǐng)域。在工業(yè)領(lǐng)域中，很多機(jī)械設(shè)備都在高溫、高壓、高速的情況下進(jìn)行運(yùn)行，該儀器的使用可以針對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與檢測(cè)，兼?zhèn)淞吮Ｕ显O(shè)備安全運(yùn)行與排除故障的能力。該技術(shù)還可以針對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行控制與管理?？梢詸z查半導(dǎo)體器件、印刷電路板與集成電路等的質(zhì)量問題。

針對(duì)電力設(shè)備系統(tǒng)的故障排除，該技術(shù)具備重要的作用。因?yàn)殡娏υO(shè)備中的一點(diǎn)故障就可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，甚至使得整個(gè)系統(tǒng)造成癱瘓，因此，使用該技術(shù)就可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)并預(yù)測(cè)故障的發(fā)展情況并采取相應(yīng)的措施，防患于未然，及時(shí)將故障處理。

3.2 注意事項(xiàng)

針對(duì)電力設(shè)備系統(tǒng)檢測(cè)過程中，紅外熱像儀的使用具備有以下注意事項(xiàng)：

（1）針對(duì)被檢測(cè)的設(shè)備的要求。被檢測(cè)的設(shè)備應(yīng)該是帶電設(shè)備。在打開遮擋紅外設(shè)備的門或者擋板的時(shí)候，應(yīng)該保證人身與設(shè)備的安全。應(yīng)該針對(duì)進(jìn)行紅外檢測(cè)的可行性而針對(duì)新設(shè)備進(jìn)行選擇。

（2）針對(duì)被檢測(cè)的環(huán)境的要求。檢測(cè)目標(biāo)與環(huán)境的溫度應(yīng)該高于5℃。如果檢測(cè)過程必須在低溫下進(jìn)行，在注意儀器自身工作溫度要求的同時(shí)，應(yīng)該考慮水汽結(jié)冰的情況，進(jìn)而避免一些設(shè)備存在受潮的缺陷漏檢。空氣的濕度應(yīng)該小于850K，不能在雷、雨、雪、霧等環(huán)境下進(jìn)行檢測(cè)。如果在檢測(cè)中有風(fēng)速發(fā)生明顯的變化，應(yīng)該及時(shí)記錄風(fēng)速，有針對(duì)性的進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)修正。檢測(cè)時(shí)間應(yīng)該在日出之前或日落之后，或者是陰天。在檢測(cè)的過程中為了避免燈光直射應(yīng)該檢測(cè)閉燈環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)。

3.3 診斷方法

常用的針對(duì)電力設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)的方法如下：

（1）熱翔特征辨別法

所有的電氣設(shè)備均可以在正常的運(yùn)行狀況下，得到表面熱分布與紅外熱線特征圖。如果電氣設(shè)備出現(xiàn)了內(nèi)部或者外部的故障，則經(jīng)過內(nèi)部的構(gòu)建與介質(zhì)間進(jìn)行熱傳遞，將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備表面的故障部位的穩(wěn)定溫升或者溫度分布得到改變。因此，通過使用變熱現(xiàn)場(chǎng)攝制的設(shè)備紅外熱圖像可以發(fā)現(xiàn)熱異常，進(jìn)而判斷設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)了故障。

（2）相間互比判斷法

每一相電路或者導(dǎo)線相同的部位的正常穩(wěn)定升溫情況應(yīng)該一樣，因此，同組設(shè)備的三相之間應(yīng)該具備可比性。三相相同的部位出現(xiàn)同一故障的概率非常小，因此，可以針對(duì)不同的相進(jìn)行比對(duì)，以判斷設(shè)備發(fā)生故障的情況。

（3）同相比較判斷法

電力設(shè)備中的每相流過的電流應(yīng)該相同，因此，如果在一相中的不同部位出現(xiàn)明顯的溫度差，則說明設(shè)備出現(xiàn)問題。

（4）歷史狀態(tài)判斷法

如果新設(shè)備剛剛投入使用，可以針對(duì)該設(shè)備的使用情況進(jìn)行記錄。那么，如果設(shè)備出現(xiàn)故障，可以將現(xiàn)在的情況與原始記錄的情況進(jìn)行比較，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行檢測(cè)判斷。

（5）發(fā)熱機(jī)理判斷法

在針對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行故障診斷的時(shí)候，會(huì)遇到不同屬性的故障同時(shí)具有相同的外部特征，因此，可以研究故障發(fā)熱機(jī)理進(jìn)行故障狀態(tài)判斷。

4 結(jié)束語

為了有效的降低電力設(shè)備的故障，可以將紅外熱像儀應(yīng)用到電力設(shè)備運(yùn)行檢測(cè)中，進(jìn)而有效的提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。本文在介紹紅外熱像儀的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行了特征與應(yīng)用分析。同時(shí)，介紹了紅外熱像儀在電力系統(tǒng)設(shè)備檢測(cè)中的5種不同的檢測(cè)方法，即熱翔特征辨別法、相間互比判斷法、同相比較判斷法、歷史狀態(tài)判斷法、發(fā)熱機(jī)理判斷法，并分析了每種不同檢測(cè)方法的基本情況。

[1]吳繼平，李躍年.紅外熱成像儀應(yīng)用于電力設(shè)備故障診斷[J].電力設(shè)備，2012，7（9）：38～41.

[2]許仲仁，唐上林.紅外熱成像技術(shù)在線故障診斷[J].電力設(shè)備，2011，5（3）：75～77.

[3]李國華，吳立新，吳淼，等.紅外熱像技術(shù)及其應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].紅外與激光工程，2012，33（3）：227～230.

[4]李云紅，李軍華，李培.紅外熱成像技術(shù)在電廠的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，31（6）：181～183.

TM762.1

A

1004-7344（2016）07-0050-02

2016-1-15

李楚雄（1982-），男，工程師，本科，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，從事10kV配網(wǎng)設(shè)備的檢測(cè)和修理工作。