紅外測溫技術在變電站設備缺陷診斷中的應用探討

晏忠

摘 要：紅外測溫技術是目前電力行業用于檢測和診斷電力設備故障的一種廣泛使用的手段，其具有對故障點情況顯示清晰形象、直觀以及準確率高的特征，并且在對電路設置進行故障檢測和診斷的過程中無需停電、無需取樣、無需對設備的運行參數進行修改，在設備的正常運行過程中就能夠準確地測定溫度，并識別設備的工作狀況、判斷設備故障的發生部位和性質，保證設備能夠在正常的狀態下安全的運行。

關鍵詞：紅外測溫技術；變電站；設備缺陷

引言

變電站設備是保障電力供應穩定、連續的基礎。只有連續且穩定的電力生產與供應才能夠滿足在電力輸送和分配過程中滿足人們的電力需求。電力系統是一個復雜的連續作業系統，電力的生產、輸送、供給是一系列瞬時性工作，而電力生產和傳送設備則是保障各種瞬間工作順利、安全、高效完成的基礎。由此可見，變電站設備在很大程度上決定了電力生產、輸送和分配系統的安全性和經濟性的關鍵因素，若出現任何的設備故障，都極有可能造成巨大的人員傷亡或者經濟損失。用于檢測變電站設備故障的紅外測溫技術的出現有效的提高變電站設備故障檢測成功率，降低了設備出現故障或者攜帶故障工作的風險。此外，紅外測溫技術的一大優勢在于其應用不會影響到變電站設備的正常工作，相比于傳統的變電站預防性檢測而言，安全性、可操作性以及可靠性更高，屬于在線監測技術的一種。工作人員在使用紅外測溫技術檢測變電站設備工程中，既不需要暫停或者接觸設備，只需遠距離操作在短暫實現內實現設備的大面積掃描成像，由此可以在設備不解體的情況下實現高效的檢測目的，對于設備故障的查找和診斷以及設備熱缺陷的確定等具有不可替代的作用。因此，紅外測溫技術應該在變電站設備缺陷診斷中大力的推廣應用。

1 紅外測溫技術原理分析

紅外測溫技術建立在輻射測溫原理以及三大紅外輻射理論定律的基礎上，即Plank輻射定律、Wein位移定律以及Stefen-Boltzmann定律。在不直接與被檢測物體發生接觸的過程中取到高精確度、高靈敏性的測量。根據紅外測溫技術的工作原理，我們不難發現其具有響應時間短、熱傳導性能高、安全等特點，這也是紅外測溫技術值得推廣應用的一個重要方面。

依據電磁波連續頻譜中的位置判定，紅外線位于可見光與無線電波之間的區域，結果可見光紅端和微波之間，屬于電磁輻射，可分為近紅外線、中紅外線、遠紅外線以及極遠紅外線四中波段。在自然界中，紅外線對任何常規環境下的物體都會產生電磁波輻射，這主要依賴于外部物體自身的分子與原子的不規則運動為紅外線探測提供所需的熱紅外能量。作為自然間最為普遍的一種電磁輻射，紅外線對物體自身分子與原子運動過程中產生的熱紅外能量具有極強的敏感性，物體組成粒子運動越劇烈、越不規則，產生的熱紅外能量越多，越利于紅外線的探測。

一般而言，自然界中不存在溫度高于絕對零度而不對四周輻射紅外線的物體存在，通常情況下，物體向四周輻射的紅外線強度會隨著物體溫度的升高而增強，甚至包括位于0.76-1000um波段的紅外線。紅外測溫技術在應用過程中，利用紅外線探測器收集被探測物體輻射的功率信號，并進一步將其轉換為電信號，從而在呈現裝置中一一對應的以輸出信號為載體描繪出物體表面溫度的空間分布。最后技術操作人員利用電子系統處理技術將輸出信號轉變為熱圖像呈現在顯示屏上。紅外測溫技術融合了光學系統、光電探測器、信號放大器以及信號處理、輸出等幾個主要的組成成分，借助對電磁輻射的敏感性能夠有效的遠距離對物體熱狀態成像，并依據其進行測溫判斷。紅外測溫系統的工作是由各個子系統協調一致的結果。首先光學系統依靠光學零件和其所選的位置對視場內的紅外輻射能量進行目標的鎖定和匯集。其次，光電探測儀將匯集到其內部的紅外能量進行電信號的轉換，為信號的傳輸、轉換等做好鋪墊。最后，按照儀器內部自身的算法和目標發射率校正，經過放大器放大的信號在被信號電路處理后轉變為被測物體的溫度值。值得注意的是由于變電站設備所處的工作環境的特殊性，在利用紅外測溫技術檢測其缺陷過程中，應考慮包括溫度、空氣濕度、污染以及干擾等外部環境條件對于測溫儀的影響，找到修正方法對性能指標進行適度的修正，以確保檢測的準確性。

2 紅外測溫技術應用環境探究

紅外測溫技術應用過程中對于環境的要求主要從被測物體所在環境的溫度、空氣濕度、光線以及測量的時間段考慮。首先，被檢測物體以及所處的環境溫度不宜低于5℃，如果不滿足要求確需在低溫下進行檢測操作，操作人員應注意自身溫度對于檢測的影響，并考慮某些由于進水而受潮的設備存在的潛在缺陷，以免出現漏檢或錯檢的發生。其次，檢測環境的空氣濕度應盡可能小于85%，避免在風速大于0.5m/s、雷、雨、霧、雪等不利天氣下進行檢測。對于風速變化較大或者風速極其不穩定的情況下，應及時記錄風速，采取修正值對所測結果進行修正。最后，由于人造燈會散發熱量而影響到紅外測溫的準確性，因此在室內進行檢測時應關閉燈光，并盡可能選擇在陰天、黎明前或者傍晚后進行檢測，避免白天日照對溫度的影響。

3 變電站設備缺陷的類型以及特征

變電站設備缺陷主要集中表現為發熱缺陷，具體包括外部缺陷和內部缺陷兩種類型，具體如下：

設備的外部缺陷主要體現在設備裸露部分出現的熱故障，當設備局部溫度過高時，其周圍的紅外線會明顯的增強，而探測儀則會敏感的檢測到其周圍輻射的紅外線，并在顯示屏上呈現出熱場圖。熱場圖是技術分析人員用于判斷設備局部熱故障的依據，其可以根據溫度分布的差異性準確判斷出設備故障的位置，并利用紅外線檢測到缺陷的具體情況。設備的內部缺陷主要與熱效應有關，當固體、液體或者氣體被封閉于設備內部，并與設備故障部分接觸時，則會長時間，高強度輻射紅外線，由此借助紅外成像技術，可以通過對設備表面溫度場進行檢測，診斷設備內部的缺陷部位。

4 紅外測溫技術在變電站設備故障診斷中的應用

紅外測溫技術在變電站設備故障診斷應用中主要是針對變電站外部缺陷和內部缺陷進行診斷，以此尋找和判斷故障部位，提高設備的安全運行效率。

4.1 紅外測溫技術對設備外部缺陷的診斷

外部缺陷主要是由于熱效應外露導致設備局部溫度過高而輻射處高強度的紅外線。借助紅外測溫技術可以對故障部位呈現明顯的熱圖像，從而判斷其故障部位。如當隔離開光觸頭的溫度差異過大時，相差達到10℃左右，則會有明顯的熱圖像差異，由此可以確定為隔離開光的動靜觸頭接觸不良，確診為嚴重的缺陷。又如當電容器接頭之間的溫度相差達到20℃左右時，則可以診斷為電容器接頭出現缺損，同樣非常嚴重。

4.2 紅外測溫技術對設備內部缺陷的診斷

設備的內部缺陷主要是由于存在于設備內部的固體、氣體或者液體被封閉與內部后，在與設備部件接觸后出現熱效應，導致其發熱，并進行熱傳導或者轉換，長時間后造成設備缺陷。如變電站設備內部受潮后，介質損耗加大，內部缺油或者電流泄露以及內部導電部位失靈等都會造成內部缺陷的出現。如當電容器與電抗器之間的連接板發熱，并在紅外測溫儀上出現較大的溫度差異，則定性為嚴重的缺陷。

參考文獻

[1]林晉.基于紅外測溫技術的設備缺陷診斷方法研究[D].華北電力大學.

[2]王豐，吳愛華.紅外測溫技術在高溫液體連續測溫系統中的應用[J].檢測與儀表.