关于红外线检测技术在电力设备故障中的应用

高逸君 杨冲

摘 要：现今红外检测技术在我国电力系统中已得到比较广泛的应用，是一种诊断线路热缺陷的高科技技术，且为设备的在线检测和故障诊断提供了依据。红外测温诊断技术能及时发现、处理、预防重大事故的发生并提高了设备运行的可靠性。红外检测技术具有非接触、实时快速、形象直观、准确度高、适用面广等优点，给输配电线路运行状态监测提供了一种先进手段。红外检测技术在电力行业的应用，对提高电气设备的可靠性及有效性，提商运行经济效益，降低维修成本都具有非常意义。文章就目前供电部门线路检修过程中应用红外测温技术作了红外监测基础理论、红外检测特点、测温应用实例的介绍。

关键词：红外检测；电力设备；故障诊断

1 红外检测技术

1.1 红外基础概念

红外线是电磁波的一种，本身具备和无线电波与可见光一样的性质，红外线又称红外辐射，在电磁波中属于一种和微波波长相比较短，比可见光波长相比较长的电磁波，波长一般保持在0.76-100um间，红外线可以根据不同的波长分为四种，即近红外、中红外、远红外和极远红外。

通常红外线都处于电磁波连续频谱中无线电波和可见光之间。红外线辐射是任何物体在正常情况下都能够产生的无规则分子和原子的运动，而且能辐射出热红外能量，分子和原子在这其中会非常强烈的运动，这就表示辐射出的红外能量越强，相反，原子和分子活动弱辐射出的能力就小。

只要是存在与自然界的物体温度高于绝对零度以上，物体本身的分子在运动期间就会向周边空间辐射出红外线，而且物体红外辐射能量的大小直接取决去波长的分布和其表面的温度。红外线辐射的探测器通常是把物体辐射的功率信号转变成为电信号的通道，是对物体自身辐射红外线能量的大小进行测量，以此确定表面的温度，也可能是通过成像装置输出信号可以对物体表面温度空间分布情况进行可模拟扫描，再由电子系统处理并传输到显示屏中，从而得到和物体表面热分布相对应的热像图。采用这种方式不但可以对观察对象进行远距离的热状态图像成像和测温进行准确分析，同时还能够进行对红外辐射的检测。

1.2 红外检测基本规律

所谓的红外热像仪，就是把被检测对象的红外辐射能量具体分布图像传递给相关的光敏元件，这样才能获取相应的红外热像图。这一过程主要依靠红外探测器以及光学成像物镜来完成，得到的热像图对应着物体表面的热分布状况。简单来说，红外热像仪其实就是把肉眼看不到的红外图像转变成具体可见的热图像。并且根据热图像上不同的颜色判断被测对象不同位置的温度。通过红外探测器与光学成像物镜将被检测物体的红外辐射能量分布图形传输到红外探测器的光敏元件上，以此获得红外热像图则是红外热像仪，红外热像仪的热像图要和物体表面的热分布场相互符合。红外热像仪简单来讲就是物体发出的不可见红外能量转变成可见热图像。在热图像表面出现的各种颜色则代表了被测把目标不同的温度。光学系统和红外探测器中必须包含光机扫描机构焦平面热像仪机构，以此对检测对象的红外热像进行扫描，同时将红外热像聚焦在单元或者分光探测器上，再由探测器把红外辐射能量转变成电信号，最后则经过处理、转换或标准视频信号后通过视频将被测物体的红外热像图显示出来。

2 红外检测技术特质

电气设备红外检测和诊断工作本身具备了不会出现停电、停运、取样、接触、解体现象而且准确度、灵敏度高且直观、应用范围广等众多的特殊性质。

2.1 响应迅速

一般传统的检测技术响应所需时间为几秒，热像仪检测响应所需时间则在毫秒或者微妙范围内，所以热像仪能够准确迅速的将目标温度的变化测取。

2.2 无需接触测量

通常被测取的都是物体表面的红外辐射能量，必须在不接触被测物体的情况下进行，而红外热像技术在测量运动物体或高压线缆等危险物体时，可以不用接近物体进行测量，得到广泛使用。

2.3 直观形象的测量结果

和单点测温相比，红外热像仪一般是采用彩色或黑白色图像将被测物体表面的温度场表达出来，这样获取的信息就会更加全面、完善，且直观形象。

3 在电力设备故障诊断中的应用红外检测技术

一般装置避雷器是为了更好的防御雷电侵入人波、线路过电压以及内部过电压中造成的电气设备损害，同时还能够将电压局限在电气设备绝缘的能承受电压冲击水平范围内。

3.1 FS型普通阀式避雷器

FS型号避雷器的阀片非线性系数一般保持在0.2-0.5之间，除了在微安级溶性电流外，一般在串联间隙的阻隔下和正常运作情况下都没有传导电流经过避雷器。所以，在没有故障出现的情况下，FS型号避雷器自身不会出现功率损耗和发热，其本身的热像特质和环境温度下的参照体几乎没什么不同。

3.2 FCZ和FCD型磁吹避雷器

FCZ和FCD型磁吹避雷器通常在运作过程中所消耗的功率很低，而且不会发热。而磁吹避雷器由于间隙中安置了均压分路电阻，所以在正常运作中会出现电流泄露和耗损功率的想象。磁吹避雷器的正常热像特征一般是瓷套整体发热，而且热量通常聚集在上端，分布情况一般是上高下低。在组合元件中一般上节温度偏高。

3.3 氧化锌避雷器

氧化锌避雷器一般在正常运作时会有一定功率有所消耗且发出轻微的热度。氧化锌避雷器在正常运作时会出现0.5-1.0mA之间的工频电流出现，电流状态呈现溶性，且阻性电流占据10%-20%的比例。所以无间隙氧化锌避雷器在正常运作时会先消耗一定的功率让自身出现轻微的发热。通常中小型瓷套封装结构最热部分处于中部偏上的地方，分布均匀，和大型瓷套封装结构比较，最热部分几乎在上端位置，非均匀性比较大。

4 红外测试时应注意的问题

4.1 大气吸收的影响

通常红外辐射在传输过程中能量衰减来自大气中的尘埃及悬浮粒子的存在。大部分的电力设备温度在27～327℃左右的温度区间，并可根据红外基本定律推导出设备发射的红外辐射信号，并在远红外8-14μm区间内所占的百分比最大即其其辐射对比度也最大。需注意工作在大气窗口内，大气对红外辐射的消光作用。其中影响最大的是水蒸气对红外辐射。在此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，应注意仪器自身的工作温度要求。在室外进行红外诊断时需选择检测环境空气湿度不应大于85%，不应在有雷、雨、雾、雪及风速超过0.5m/s的环境下进行。

4.2 太阳光辐射的影响

通常当被测的电气设备在太阳光照射下，会因太阳光的反射和漫反射在3～14μm波长区域内，该波长区域与红外诊断仪设定的波长区域相近，并且此波段内阳光的分布比例不是固定不变，并最终影响红外测温结果即影响仪器的正常工作和准确判断。同时因太阳光的直接照射造成被测物体的温升有叠加作用而造成附加温升，在此室外红外检测宜选择在日出前或日落后或阴天进行，或在系统内设置太阳滤片等方式。

4.3 风力的影响

一般在风力较大的环境下来采用红外检测，其发热缺陷的设备的热量会存在因受风速影响而加速散发，并使裸露导体及接触件的散热条件得到改善且增大散热系数，且不利于设备缺陷的诊断分析而无法查出有潜伏性热缺陷。在此采取室外红外诊断需选择无风或风力很小的环境条件下完成。

参考文献

[1]王伟，白羽，梁之林.红外热像仪检测电气设备电流致热缺陷判定应注意的问题[J].吉林电力，2011.

[2]郭兴科，孙伟红，郭碧翔.红外检测技术在电力设备故障诊断中的应用[J].中国科技信息，2011.