影响带电设备红外检测及诊断的因素

邱东晓，陈永根，刘 伟，倪 堃

(嘉兴电力局，浙江 嘉兴 314000)

红外检测系统在电力系统内的使用范围包括：各类一次设备与其他金属部件的连接处及金属部件与金属部件连接处的测温、各类支持绝缘子的表面及内部缺陷检测、二次回路的红外测温等。红外检测系统相对其他测温手段来说，具有不停电、不取样、不接触、准确灵敏、快速安全、应用范围广等优点。但带电设备红外检测及诊断结果也经常受到一些因素的干扰。

1 检测环境的影响

在一个开放的环境中，当设备上通有电流或加以电压时，设备自身将会发热，同时也在不断向周围环境散热。热量的产生与散失在稳定状态下达到一个平衡，表现在温度上就是设备温度总略高于环境温度，当环境温度变化时设备温度也随之变化。因此，在单以设备温度或温差来对设备状况作出判断时，环境温度是影响判断结果的一个重要因素。

在晴好天气下，太阳光会给红外检测带来较大的影响。一方面，由于太阳辐射的加热作用，暴露在阳光下的设备表面温度将会显著升高，而背荫部分温度则几乎没有变化。这样，同一设备的不同部分就出现了表面温差。在夏季晴朗的午后，这种温差最高可以达到20～40 ℃，如此显著的不平衡受热将会掩盖设备真正缺陷的温度特征，使测量者无从判断。另一方面，当阳光照射在光滑设备表面时，由于镜面反射，大部分能量将被反射出去。这部分反射的能量包含了太阳辐射的信息，而非被检测设备的信息。在一定的角度下，测温仪捕捉到的红外辐射可能正好包括这部分反射的能量，这样测得的设备温度也就与设备的实际温度相差很大。

环境因素中大气条件也对红外检测十分重要。红外辐射在传输过程中，总会受到水蒸气、二氧化碳、臭氧、甲烷等气体分子的选择性吸收。在红外线的高透过区域，此类吸收已变得微乎其微，测温仪一般选用3～5 μm的中红外大气窗口。但是在远距离的红外检测中，大气影响还是存在的。大气中的气体分子和悬浮颗粒会对通过其间的红外线形成散射，尤其是在空气湿度较大时，空气中的小水滴黏附于固体尘埃上，形成雾或霾，可以使相当一部分能量在传输过程中被衰减，难以测得设备的准确温度。

2 设备因素的影响

2.1 负荷

电力系统中的设备以电流致热型为主，设备发热量的多少直接取决于设备的负荷，亦即流过设备的电流的大小。设备在小负荷状态下运行，如负荷低于30 %时，由于流过的电流小，散热条件好，即使连接处存在一定缺陷，其温度相对于环境温度也不会有明显的升高，缺陷就被掩盖了。但一旦负荷增大，缺陷点的温度就会直线上升，甚至将连接处烧断，酿成事故。

2.2 被测设备的表面情况

根据普朗克辐射定理得知，物体的辐射强度与物体温度、表面的辐射能力有关。表述物体表面辐射能力的参数是比辐射率，其定义为辐射源的辐射出射度与具有同一温度的黑体的辐射出射度之比。比辐射率是材料种类及表面磨光程度的函数，数值介于非辐射源的0和黑体的1之间。表1是不同材料在不同的表面状况下的比辐射率。

从比辐射率的定义可知，即使设备的实际温度相同，由于发射能力不一样，在同一个辐射率下由红外仪器测得的温度也是不一样的。如变电设备实际测量中，比辐射率一般选取0.9，这样测得裸露金属部件的温度是比较准确的；而瓷套和带漆金属的温度则有所偏差，这是因为瓷套类设备的比辐射率一般为0.92，带漆金属类设备的比辐射率一般为0.94。

表1 不同材料的比辐射率

2.3 设备故障点大小

红外检测系统在实际使用中存在空间分辨率的问题。测温画面上光标跟随点的温度，并非就是发热处的点温度，而是反映十字光标所在小区域温度的平均值。所以，当设备的发热点过小或者距检测设备太远，发热点的图像不足以填满测温区域时，所显示的温度并不能代表设备故障点的真实温度。如在线路设备测温中，色标显示故障点温度较高，实际测得温度却很低，其原因就是距检测设备太远，发热点相对太小，实际测得的温度为发热点和天空背景这一区域的平均温度。

另外，对GIS、开关柜等封闭设备，目前还不能直接通过红外检测手段进行检测，这也是目前红外检测系统在电力系统应用中的一个局限之处。

3 建议

带电设备红外检测及诊断结果主要受到环境温度、湿度、阳光、风速和设备的负荷、材料、表面光洁度、设备的结构、故障点大小及远近等因素的共同影响。结合这些影响因素，对带电设备红外检测的使用提出如下建议。

(1) 检测环境温度一般不宜低于5 ℃，空气湿度不大于85 %，风速不大于5 m/s，气候以阴天、多云为宜，避开阳光直接照射或反射入镜，也不应在有雨、雾、雪等天气情况下进行检测。

(2) 尽量选择在设备负荷高峰时测量，一般不应低于额定负荷的30 %，并尽量靠近被测设备；线路设备检测宜配有中长焦距镜头。

(3) 诊断上以温升和相对温差判断为主，温度判断为辅，注重同类设备之间温度上的差异。

(4) 建议设备预试前后进行红外普测，测试时结合预试数据使之相互印证，为红外诊断技术积累量化评估经验。

1 袁世禄.红外诊断技术在电气设备状态检修中的应用[J].华北电力技术，2000(08).

2 邱毓昌，施 围，张文元.高电压工程[M].西安：西安交通大学出版社，1995.