红外测温技术在变电站设备缺陷诊断中的应用

闻玉凤 李艳林 李 岭

（晋城供电分公司变电工区，山西 晋城 048000）

引言

电力生产与供应的最大特点是过程的连续性。也就是说，从电能的生产、输送、分配到使用，整个过程都是在瞬间完成和连续进行的，其中任何一个环节的任何设备一旦出了问题，都会直接或间接地影响到整个系统的正常安全运行，甚至会带来巨大的经济损失或生命财产损失。变电站作为电力系统运行的关键环节，其正常与否关系到整个电力系统的稳定。红外测温技术是对运行中的电气设备热故障进行红外检测，是电力系统各单位近几年大力推广应用的一种新技术。由于红外检测是设备运行状态的在线监测，不影响设备的正常运行，与传统的预防试验相比，它具有无需设备停电、不接触、不解体、远距离、可大面积快速扫描成像，安全可靠、准确高效地发现电气设备热缺陷的优点，是实现带电检测，进而实现状态检修的最有效手段之一。[1]

1 红外测温的原理

红外测温技术是根据辐射测温原理对温度进行非接触式测量，具有响应时间短、传热性能好、灵敏度高、测量准确等优点，其物理基础是红外辐射理论的三大定律，即Plank辐射定律、Wein位移定律和Stefen-Boltzmann定律。[2]

红外线是介于可见光红端与微波之间的电磁辐射。在这个波长带内，又进一步分为近红外、中红外、远红外和极远红外四个波段，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域内。而红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小[3]。

在自然界中，任何温度高于绝对零度的物体都在向外辐射各种波长的红外线，物体的温度越高，其辐射红外线的强度也越大，其中就包括波段位于0.76-1000um的红外线。通过红外探测器将物体辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置的输出信号就可以完全一一对应地模拟扫描物体表面温度的空间分布，经电子系统处理，传至显示屏上，得到与物体表面相应的热图像。运用这一方法，便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温并进行分析判断。红外测温系统由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇集其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件以及位置决定。红外能量聚焦在光电探测仪上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路按照仪器内部的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。除此之外，还应考虑目标和测温仪所在的环境条件，如温度、气氛、污染和干扰等因素对性能指标的影响及修正方法。

2 红外测温技术对检测环境的要求

(1)检测目标及环境的温度不宜低于5℃，如果必须在低温下进行检测，应注意自身的工作温度要求，同时还应考虑水汽结冰使某些进水受潮的设备的缺陷漏检。(2)空气湿度不宜大于85%，不应在有雷、雨、雾、雪及风速超过0.5m/s的环境下进行检测。若检测中风速发生明显变化，应记录风速，必要时要修正测量数据。(3)室外检测应在日出之前、日落之后或阴天进行。(4)室内检测宜闭灯进行，被测物应避免灯光直射。

3 电气设备的发热缺陷类型及特点

电气设备的发热缺陷主要分为外部缺陷和内部缺陷。

外部缺陷：凡致热效应部位裸露，以局部过热的状态向其周围辐射红外线，如各种裸露接头的热故障，其红外图像显示出以该故障为中心的热场图，故从设备的热图像中可直观地判断是否存在热故障，根据温度分布场可准确地确定故障的部位，并能用红外测温仪直接检测出缺陷。

其故障原因主要有以下几种：接头连接不良，螺栓未压紧；导体接触而长期运行腐蚀氧化；大气中的有害气体、灰尘引起的腐蚀；设备材质质量差，加工安装工艺不好造成的导体损伤；机械振动等各种原因所造成的导体实际截面降低；负荷电流不稳或超标等。

内部缺陷：凡致热效应部位被封闭，与故障点接触的固体、液体和气体，都将发生传导和对热换，其发热过程一般都比较长，且为稳定发热，要通过红外成像，对设备表面的温度场进行比较分析才能确定的缺陷。

电气设备常见的内部热缺陷有以下几种：内部导电部分连接不良或触头接触电阻过大；内部受潮，介质损耗增大；绝缘材料老化、开裂、脱落；电压分布不匀、泄露电流过大；内部缺油等。

图1

图2

4 红外测温技术在变电站设备缺陷诊断中的应用

4.1 隔离开关触头发热

图1中隔离开关B相触头温度为93.6℃，与A相、C相触头温度分别相差85℃、85.4℃，与环境温度相差98.6℃，经分析认为：隔离开关B相动静触头接触不良，定性为严重缺陷。

4.2 接头接触不良发热

图2中电容器A相接头温度为35.3℃、B相接头温度为39.9℃、C相接头温度为58.5℃，与A相、B相分别相差23.2℃、18.6℃，与环境温度相差53.5℃，经分析认为：电容器C相接头接触不良，将电容器C相接头温度58.5℃定性为严重缺陷。

4.3 图3为B相电容器与电抗器连接板发热，温度达130℃，A、C相分别为21℃、22℃，三相温度分别相差109℃、108℃，与环境温度相差113.6℃，定性为严重缺陷。

图3

以上为红外测温技术的应用实例，都是工作人员利用红外成像仪对设备进行巡视中所发现的。由于这些发热缺陷发现及时，且检测发热部位准确，为检修人员的缺陷处理提供了准确的证据，提高了检修人员的工作效率，大大减少了设备的停电时间。红外成像测温技术的应用，提高了运行人员发现设备缺陷 (特别是发热缺陷)的发现率和准确率，亦为变电站设备和电网的安全运行提供了可靠的检测手段。红外诊断主要还包括对变压器套管、断路器、电力互感器，以及二次设备缺陷的红外诊断，这里不再一一举例。

5 结束语

红外测温技术是一种非常有效和快速的测温手段，但是要准确地测量温度，须考虑各种环境因数的影响。红外测温相比传统的测量方式有着明显的优势，在电力行业中具有广阔的应用前景。

[1]林晋.基于红外测温技术的设备缺陷诊断方法研究,华北电力大学工程硕士专业学位论文.

[2]王丰，吴爱华.红外测温技术在高温液体连续测温系统中的应用，检测与仪表.

[3]杨凡.红外测温技术的原理及其在家用空调产品中的应用.计算机工程应用技术.