紅外熱像儀在電氣火災(zāi)隱患診斷上的應(yīng)用

張旭（大慶石油管理局技術(shù)監(jiān)督中心）

在當(dāng)代社會(huì)，經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的負(fù)荷因?yàn)殡姎庠O(shè)備種類和數(shù)量與日俱增。通過對(duì)近年來發(fā)生的重特大電氣火災(zāi)事故情況的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明：電氣線路是引發(fā)電氣火災(zāi)的主要起火源，占51.35%，主要是由于電器線路在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的短路、過載、接觸電阻過大以及漏電等故障產(chǎn)生的電弧、電火花或電線、電纜過熱，引燃電線、電纜及其周圍的可燃物而引發(fā)的火災(zāi)[1]。但是，由于安裝人員技術(shù)水平和管理等實(shí)際情況的制約，造成電力工程施工安裝方面存在著諸多問題，一旦釀成火災(zāi)，將會(huì)造成慘重的財(cái)產(chǎn)損失和重大的人員傷亡。因此，需要針對(duì)電氣設(shè)備和線路，查找出電氣火災(zāi)隱患存在部位，及時(shí)與受檢單位溝通，采取措施排除隱患，這樣就可以有效地防止和減少電氣火災(zāi)的發(fā)生。近幾年，在電氣消防安全檢測(cè)，查找電氣火災(zāi)隱患，防止和減少電氣火災(zāi)事故方面也取得了顯著成效[2]。

1 紅外熱像儀簡(jiǎn)介

1.1 紅外熱像儀原理

根據(jù)物理學(xué)原理，在自然界中，只要絕對(duì)溫度高于0 K的物體均以紅外輻射的形式向外散發(fā)能量。紅外線是一種電磁波，它的波長(zhǎng)范圍為0.76～1000 μ m，不為肉眼所見[3]。紅外熱像儀能接受物體的紅外輻射，并將不可見的紅外光轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)，經(jīng)由信號(hào)系統(tǒng)處理后輸出到顯示屏，以灰度級(jí)或偽彩色顯示目標(biāo)物溫度場(chǎng)分布圖像；所以，紅外熱像儀就是用于探測(cè)這種肉眼無法直接觀測(cè)的紅外線設(shè)備。通過實(shí)際檢測(cè)反饋，紅外測(cè)溫技術(shù)是發(fā)現(xiàn)電氣火災(zāi)隱患、預(yù)防及減少電氣火災(zāi)事故的重要檢測(cè)手段。

1.2 IRI4040型紅外熱像儀

IRI4040型紅外熱像儀是在檢測(cè)過程中經(jīng)常使用的儀器，是由英國(guó)IRISYS公司生產(chǎn)的一款遠(yuǎn)焦型熱成像儀。其探測(cè)器像素為160×120；測(cè)量精度為溫度讀數(shù)的±2%；測(cè)量靈敏度（環(huán)境溫度25℃）為0.15℃；測(cè)量溫度為-10～250℃。

此儀器主要由熱像儀、便攜式儀器箱、SD卡、電源適配器、設(shè)備驅(qū)動(dòng)光盤等部件組成（圖1）。

圖1 IRI4040型紅外熱像儀

1.3 檢測(cè)應(yīng)用

普通人使用肉眼目測(cè)，無法在設(shè)備運(yùn)行情況下準(zhǔn)確分辨出火災(zāi)隱患點(diǎn)的具體部位，尤其是一些高壓、帶電運(yùn)行中的隔離開關(guān)、變壓器的連接部位。而通過使用紅外熱像儀，依據(jù)熱像圖及時(shí)準(zhǔn)確地確定被測(cè)物體的故障部位，就可以彌補(bǔ)人工在電氣防火安全檢測(cè)時(shí)的不足。

檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)人員手持紅外熱像儀對(duì)準(zhǔn)電氣裝置或熱表面，紅外輻射能便能通過儀器的光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生電信號(hào)，再經(jīng)過放大處理和信號(hào)的轉(zhuǎn)換，最終顯示出被測(cè)點(diǎn)的溫度值。紅外熱像儀可以自動(dòng)掃描來檢查溫度、識(shí)別溫差變化等。通過顯示系統(tǒng)確定火災(zāi)的隱患部位，對(duì)重點(diǎn)電氣線路和設(shè)備的發(fā)熱部位攝取熱像圖，通過ISI4040型熱像儀自帶的分析軟件，可以清晰地對(duì)捕捉到的熱像圖進(jìn)行分析，如圖2所示。

圖2 熱像圖的分析

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 漏電

現(xiàn)實(shí)生活中，由于某些元件漏電（如電容）或是電路板受潮、灰塵太多，會(huì)出現(xiàn)漏電的現(xiàn)象[4]。應(yīng)用熱像儀可以及時(shí)捕捉到漏電的具體部位，及時(shí)消除火災(zāi)隱患。如圖3所示，紅色圈處為漏電部位。這是由于漏電電流的存在，形成電火花，電火花的溫度會(huì)明顯高于環(huán)境溫度，這樣就能夠清晰地體現(xiàn)在熱像圖中。經(jīng)過分析軟件的分析，能給出熱異常的具體原因。

圖3 漏電狀態(tài)下的熱像圖

2.2 短路

短路故障是不同電位的導(dǎo)電部分之間被導(dǎo)電體短接，或其間的絕緣被擊穿[5]。由于短路產(chǎn)生大電流，所以短路線路上的溫度要比正常線路上的高，可以清晰地反映在熱像圖上。如圖4所示，紅色矩形處為單相短路。短路現(xiàn)象在熱像圖中往往顯示整條電纜線路溫度異常，這是因?yàn)槎搪冯娏鞑皇前l(fā)生在某一點(diǎn)，而是成線形的，所以在熱像圖中顯示為線形溫度異常。這種情況下，需要及時(shí)進(jìn)行處理，避免因電流過大造成火災(zāi)。

圖4 線路短路狀態(tài)下的熱像圖

2.3 過載

三相異步電動(dòng)機(jī)等用電設(shè)備的過載現(xiàn)象在油田生產(chǎn)過程中時(shí)有發(fā)生。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因很多。例如，設(shè)備負(fù)載設(shè)計(jì)時(shí)未考慮余量，在生產(chǎn)過程中增加負(fù)載，造成設(shè)備的過負(fù)荷或滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，電動(dòng)機(jī)工作過程中，突然發(fā)生堵轉(zhuǎn)都會(huì)出現(xiàn)過載現(xiàn)象。使用熱像儀可以清晰捕捉到設(shè)備運(yùn)行過程中的狀態(tài)，如圖5所示。過載隱患的熱像圖與短路隱患的熱像圖區(qū)別就在于：過載是三相電纜線路中的電流均明顯變大，造成三相電纜線路異常溫升；而短路絕大多數(shù)情況下僅僅是單相電纜的異常溫升。

圖5 過載狀態(tài)下的熱像圖

2.4 接觸電阻過大

這一類隱患更多的是人為原因造成的，由于操作人員未能按照規(guī)范連接線路，往往少墊一個(gè)墊片或未安裝接線端子就會(huì)產(chǎn)生接觸電阻過大的現(xiàn)象。如圖6所示，接觸電阻過大多發(fā)生在連接處，其電阻值可由下式求得：

式中：R——電阻值，Ω；

ρ——電阻率，Ω·m；

L——長(zhǎng)度，m；

S——橫截面積，m2。因?yàn)槟骋粚?dǎo)體的電阻率ρ一定，所以，電阻R的大小跟長(zhǎng)度成正比，跟橫截面積成反比。電纜線路在連接處如果連接不可靠，就會(huì)造成連接處的橫截面積變小，致使連接處的接觸電阻過大。同樣，金屬芯線由于潮濕或在強(qiáng)氧化環(huán)境中被氧化，也會(huì)造成局部接觸電阻過大。

圖6 接觸電阻過大狀態(tài)下的熱像圖

3 結(jié)論

紅外熱像儀的使用可以直觀、準(zhǔn)確地判斷過熱型電氣火災(zāi)隱患，再輔助以計(jì)算機(jī)的軟件分析，可以作出科學(xué)的電氣火災(zāi)隱患的診斷結(jié)論。相對(duì)于常規(guī)檢測(cè)，具有高準(zhǔn)確度、檢測(cè)速度快、便于攜帶和非接觸檢測(cè)等優(yōu)勢(shì)。與超聲波探測(cè)儀、諧波功率分析儀等設(shè)備配合使用，能夠?qū)崿F(xiàn)全方位、無死角的火災(zāi)隱患排查，豐富安全檢測(cè)手段，進(jìn)一步提升安全管理人員技能和專業(yè)知識(shí)能力[6]。安全生產(chǎn)重于泰山，所以，要不斷推動(dòng)安全檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，用高科技為油田安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。