红外成像技术对电气设备故障的诊断分析研究

刘凤

摘要：电气设备是现在当今社会必不可少的基础设施，不管是工业生产还是日常的生活，都离不开电力设备的支持，可以说电力给生活和社会带来了诸多的便利，改变了传统的生活方式。随着人类对电力设备依赖的不断加剧，如果生活中出现了电力设备的故障，那么将会给人们带来巨大的麻烦。并且在工业生产中，如果发生停电事故，那么将会给企业带来巨大的经济损失。所以对电气设备的故障诊断，成为了人们关注的重点。以往电力设备出现故障之后检修困难、检测效率低，导致停电时间过长，这是电力检修过程中的痛点。而随着红外成像技术的发展以及在电气设备检修中的应用，使得电力设备的维护更加方便和快捷。电气设备故障往往会造成局部发热量增加，利用红外成像技术将发热状况生成设备热像图，能够准确判断故障位置。本文分析了红外成像技术进行电气设备故障诊断的原理，同时针对该技术的应用进行了讨论。

关键词：红外成像技术;电气设备;故障诊断

引言：

红外成像是近些年较为热门的一种技术，利用红外线对热量的感知，可以生成热量的分布图，这样就能够更加方便的寻找发热源，尤其在一些类似黑箱设备中。这种技术在多种行业已经得到了应用，比如在消防火灾侦测、真伪鉴定等方面。近几年随着故障诊断技术的发展，热成像技术与故障诊断技术的结合也成为了人们关注的焦点，尤其是在电气设备的故障诊断中。因为电气设备是现代社会发展过程中最终要的基础设施，离开电气设备将对我们的生活产生极大的影响。而这些设备一旦发生故障，检测过程是非常麻煩的，快速定位故障位置，找到故障原因，成为电气行业故障诊断过程中的热门话题。我们都知道，电气设备在发生故障之后，电流通过量往往会增加，导致故障部位发热量要比正常情况下高。而热成像技术能够对设备的发热情况进行检测，生成设备的热像图，可以利用发热图谱对故障位置进行精确定位，从而提高了故障检测过程中的效率。

一、红外成像技术用于电气设备故障诊断的原理

（一）电气设备故障的基本状况

电气设备顾名思义就是用电的设备，在工业生活中，经常用到的交流电机是利用电流在线圈中形成的旋转磁场，转子做切割磁感线的运动进而产生磁场力，推动电机的运行。在工作的过程中，电机线圈中有电流通过，而线圈是带有一定的电阻的，使得该过程会产生一定的能量损耗，这些损耗会以热能的形式散发，所以电机会有发热现象。正常情况下，电机的发热是维持在一定范围的，而一旦电机出现了故障，往往会造成流过线圈的电流增加，此时电机发热量会迅速上升，长时间工作在这种状态下电机就会发生故障。而在微电子领域中，同样会用到各种电阻器件，这些器件在工作过程中也会产生热量。当某些线路出现短路时，电流会迅速上升，同样会造成设备烧坏的现象。从上述分析可以发现，电气设备工作过程中会有电流流过，那么就会有发热现象，而处于故障状态的设备显然发热量会更大，这也是大多数电气设备发生故障之后容易烧坏的原因。

但是设备在工作过程中如果出现内部设备的故障，其发热现象很难从外部发现，并且内部热量经过相关器件的热传导，会经过一定的时间才能够被发现，这样就很难对内部设备的故障情况进行检测，同时也不利于设备故障的及时发现。

（二）红外成像技术的诊断原理

红外热成像技术主要是利用温度远远超出绝对零度的物体向外不停辐射出红外线辐射。这些红外线辐射过程承载了一定的物质信息，我们可以利用这些物质信息可以对检测物质温度的进行判断，可以使热分布场的方向变得更加明确。具体来说，是运用红外光信号转变成电信号的红外探测器，来检测物体发热部分所释放出来的红外辐射信号，并将这些信号转化成可以识别的电信号，经过一些具有成像功能的装置完成转换之后，便能够清晰地显现出被测物体温度空间的实际分布情况，再经过系统进行有效处置之后，便可以将热图像的视频信号呈现出来，随后在屏幕上反映出来。通过上述操作便能将物体表面热分布的情况检测出来，并且还能得出被测物体温度分布的热像图，也就是我们通常所说的红外热成像技术。

二、红外成像技术在电气设备故障诊断中的应用

通过上述的分析可以发现，电气设备在发生故障时往往伴随着发热现象，而红外成像技术能够对设备的发热进行直观分析，生成设备的热像图，进而找到故障点，帮助快速进行故障定位。而红外成像技术在电气设备内部故障和外部故障诊断中的应用还有一定的差别，以下便是针对内、外部故障的诊断分析。

（一）红外成像技术在电气设备外部故障诊断的应用

电气设备的外部故障一般是由两种原因造成的，其一，设备在安装或者经过长时间的使用之后，相关的连接部位出现了松动、接触不良，电阻值增大，进而造成改位置发热量增大;其二，长期暴露在空气中，设备的连接处往往会发生氧化腐蚀，或者被周围油污污染，造成接触部位阻值增大，从而引起绝缘性能降低，使得发热增加。外部故障因为暴露在空气中，所以能够进行直接观察和检测，在这个过程中可以利用热成像技术生成设备的热像图进行直接观察。通过这种技术能够有效解决生活中常见的外部故障问题，诸如裸露线头连接不良引起的虚接发热、导线松动发热、刀闸的刀口与触指以及转动帽与球头结合不良而引起的刀口过热和转动体过热等问题。

（二）红外成像技术在电气设备内部故障诊断的应用

由于红外线的穿透能力较弱，红外辐射基本不能穿透绝缘材料和设备外壳，因而电气设备的内部故障无法直接用红外热像仪检测到。但内部热缺陷一般都发热时间较长而且比较稳定，故障点的热量可以通过热传导和对流置换，与故障点周围的导体或绝缘材料发生热传递，引起这些部位的温度升高，因此通过对设备的红外检测、热像图的综合分析可以发现其内部是否存在发热缺陷。在电气设备中，诸如内部连接不良、断路器触头接触不良的问题，充油设备内部绝缘油老化、绝缘能力降低的问题，这些问题都会引发内部发热现象，并且都能够通过红外热成像技术进行分析诊断。同时不同的问题在红外热成像技术的热像图中表象也并不相同。比如充油设备缺油故障，在设备中，油作为温度的载体，在油位分界线处，油温与设备之间存在着一定的温度差，所以在热像图上就表现出温度分界的现象，形成一种温度呈梯度分布的状况。

结束语

红外成像技术能够很容易的对电气设备的发热状况进行检测，这种技术在电气设备故障诊断中可以快速定位故障发生位置，从而缩短设备故障检测时带来的麻烦。同时通过红外设备的实时监测，能够及时对电气设备的运行状态进行分析，在发现设备出现异常发热时，可以及时进行设备维护，防止出现设备损坏。将红外成像技术与电气设备的故障诊断相结合，是电气设备安全稳定运行的有效选择。

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