關于紅外線檢測技術在電力設備故障中的應用

高逸君 楊沖

摘 要：現今紅外檢測技術在我國電力系統中已得到比較廣泛的應用，是一種診斷線路熱缺陷的高科技技術，且為設備的在線檢測和故障診斷提供了依據。紅外測溫診斷技術能及時發現、處理、預防重大事故的發生并提高了設備運行的可靠性。紅外檢測技術具有非接觸、實時快速、形象直觀、準確度高、適用面廣等優點，給輸配電線路運行狀態監測提供了一種先進手段。紅外檢測技術在電力行業的應用，對提高電氣設備的可靠性及有效性，提商運行經濟效益，降低維修成本都具有非常意義。文章就目前供電部門線路檢修過程中應用紅外測溫技術作了紅外監測基礎理論、紅外檢測特點、測溫應用實例的介紹。

關鍵詞：紅外檢測；電力設備；故障診斷

1 紅外檢測技術

1.1 紅外基礎概念

紅外線是電磁波的一種，本身具備和無線電波與可見光一樣的性質，紅外線又稱紅外輻射，在電磁波中屬于一種和微波波長相比較短，比可見光波長相比較長的電磁波，波長一般保持在0.76-100um間，紅外線可以根據不同的波長分為四種，即近紅外、中紅外、遠紅外和極遠紅外。

通常紅外線都處于電磁波連續頻譜中無線電波和可見光之間。紅外線輻射是任何物體在正常情況下都能夠產生的無規則分子和原子的運動，而且能輻射出熱紅外能量，分子和原子在這其中會非常強烈的運動，這就表示輻射出的紅外能量越強，相反，原子和分子活動弱輻射出的能力就小。

只要是存在與自然界的物體溫度高于絕對零度以上，物體本身的分子在運動期間就會向周邊空間輻射出紅外線，而且物體紅外輻射能量的大小直接取決去波長的分布和其表面的溫度。紅外線輻射的探測器通常是把物體輻射的功率信號轉變成為電信號的通道，是對物體自身輻射紅外線能量的大小進行測量，以此確定表面的溫度，也可能是通過成像裝置輸出信號可以對物體表面溫度空間分布情況進行可模擬掃描，再由電子系統處理并傳輸到顯示屏中，從而得到和物體表面熱分布相對應的熱像圖。采用這種方式不但可以對觀察對象進行遠距離的熱狀態圖像成像和測溫進行準確分析，同時還能夠進行對紅外輻射的檢測。

1.2 紅外檢測基本規律

所謂的紅外熱像儀，就是把被檢測對象的紅外輻射能量具體分布圖像傳遞給相關的光敏元件，這樣才能獲取相應的紅外熱像圖。這一過程主要依靠紅外探測器以及光學成像物鏡來完成，得到的熱像圖對應著物體表面的熱分布狀況。簡單來說，紅外熱像儀其實就是把肉眼看不到的紅外圖像轉變成具體可見的熱圖像。并且根據熱圖像上不同的顏色判斷被測對象不同位置的溫度。通過紅外探測器與光學成像物鏡將被檢測物體的紅外輻射能量分布圖形傳輸到紅外探測器的光敏元件上，以此獲得紅外熱像圖則是紅外熱像儀，紅外熱像儀的熱像圖要和物體表面的熱分布場相互符合。紅外熱像儀簡單來講就是物體發出的不可見紅外能量轉變成可見熱圖像。在熱圖像表面出現的各種顏色則代表了被測把目標不同的溫度。光學系統和紅外探測器中必須包含光機掃描機構焦平面熱像儀機構，以此對檢測對象的紅外熱像進行掃描，同時將紅外熱像聚焦在單元或者分光探測器上，再由探測器把紅外輻射能量轉變成電信號，最后則經過處理、轉換或標準視頻信號后通過視頻將被測物體的紅外熱像圖顯示出來。

2 紅外檢測技術特質

電氣設備紅外檢測和診斷工作本身具備了不會出現停電、停運、取樣、接觸、解體現象而且準確度、靈敏度高且直觀、應用范圍廣等眾多的特殊性質。

2.1 響應迅速

一般傳統的檢測技術響應所需時間為幾秒，熱像儀檢測響應所需時間則在毫秒或者微妙范圍內，所以熱像儀能夠準確迅速的將目標溫度的變化測取。

2.2 無需接觸測量

通常被測取的都是物體表面的紅外輻射能量，必須在不接觸被測物體的情況下進行，而紅外熱像技術在測量運動物體或高壓線纜等危險物體時，可以不用接近物體進行測量，得到廣泛使用。

2.3 直觀形象的測量結果

和單點測溫相比，紅外熱像儀一般是采用彩色或黑白色圖像將被測物體表面的溫度場表達出來，這樣獲取的信息就會更加全面、完善，且直觀形象。

3 在電力設備故障診斷中的應用紅外檢測技術

一般裝置避雷器是為了更好的防御雷電侵入人波、線路過電壓以及內部過電壓中造成的電氣設備損害，同時還能夠將電壓局限在電氣設備絕緣的能承受電壓沖擊水平范圍內。

3.1 FS型普通閥式避雷器

FS型號避雷器的閥片非線性系數一般保持在0.2-0.5之間，除了在微安級溶性電流外，一般在串聯間隙的阻隔下和正常運作情況下都沒有傳導電流經過避雷器。所以，在沒有故障出現的情況下，FS型號避雷器自身不會出現功率損耗和發熱，其本身的熱像特質和環境溫度下的參照體幾乎沒什么不同。

3.2 FCZ和FCD型磁吹避雷器

FCZ和FCD型磁吹避雷器通常在運作過程中所消耗的功率很低，而且不會發熱。而磁吹避雷器由于間隙中安置了均壓分路電阻，所以在正常運作中會出現電流泄露和耗損功率的想象。磁吹避雷器的正常熱像特征一般是瓷套整體發熱，而且熱量通常聚集在上端，分布情況一般是上高下低。在組合元件中一般上節溫度偏高。

3.3 氧化鋅避雷器

氧化鋅避雷器一般在正常運作時會有一定功率有所消耗且發出輕微的熱度。氧化鋅避雷器在正常運作時會出現0.5-1.0mA之間的工頻電流出現，電流狀態呈現溶性，且阻性電流占據10%-20%的比例。所以無間隙氧化鋅避雷器在正常運作時會先消耗一定的功率讓自身出現輕微的發熱。通常中小型瓷套封裝結構最熱部分處于中部偏上的地方，分布均勻，和大型瓷套封裝結構比較，最熱部分幾乎在上端位置，非均勻性比較大。

4 紅外測試時應注意的問題

4.1 大氣吸收的影響

通常紅外輻射在傳輸過程中能量衰減來自大氣中的塵埃及懸浮粒子的存在。大部分的電力設備溫度在27～327℃左右的溫度區間，并可根據紅外基本定律推導出設備發射的紅外輻射信號，并在遠紅外8-14μm區間內所占的百分比最大即其其輻射對比度也最大。需注意工作在大氣窗口內，大氣對紅外輻射的消光作用。其中影響最大的是水蒸氣對紅外輻射。在此檢測目標及環境的溫度不宜低于5℃，如果必須在低溫下進行檢測，應注意儀器自身的工作溫度要求。在室外進行紅外診斷時需選擇檢測環境空氣濕度不應大于85%，不應在有雷、雨、霧、雪及風速超過0.5m/s的環境下進行。

4.2 太陽光輻射的影響

通常當被測的電氣設備在太陽光照射下，會因太陽光的反射和漫反射在3～14μm波長區域內，該波長區域與紅外診斷儀設定的波長區域相近，并且此波段內陽光的分布比例不是固定不變，并最終影響紅外測溫結果即影響儀器的正常工作和準確判斷。同時因太陽光的直接照射造成被測物體的溫升有疊加作用而造成附加溫升，在此室外紅外檢測宜選擇在日出前或日落后或陰天進行，或在系統內設置太陽濾片等方式。

4.3 風力的影響

一般在風力較大的環境下來采用紅外檢測，其發熱缺陷的設備的熱量會存在因受風速影響而加速散發，并使裸露導體及接觸件的散熱條件得到改善且增大散熱系數，且不利于設備缺陷的診斷分析而無法查出有潛伏性熱缺陷。在此采取室外紅外診斷需選擇無風或風力很小的環境條件下完成。

參考文獻

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