紅外線測溫技術(shù)在220kV及以下變電站的應(yīng)用與分析

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[摘要]電力系統(tǒng)作為國家經(jīng)濟(jì)進(jìn)展的命脈，其安好穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。隨著電力系統(tǒng)的進(jìn)展，紅外測溫技術(shù)在變電運(yùn)行中的應(yīng)用越來越廣泛。通過對紅外測溫的原理、紅外測溫的分類、檢測結(jié)果的分析處理、測量數(shù)據(jù)的診斷方法等方面闡述，對220kV及以下變電站的測量數(shù)據(jù)的研究診斷供給分析方法。

[關(guān)鍵詞]紅外測溫；電氣設(shè)備；發(fā)熱故障；電網(wǎng)安好

紅外診斷技術(shù)對電氣設(shè)備的早期故障缺陷及絕緣性能做出穩(wěn)當(dāng)?shù)念A(yù)料，使傳統(tǒng)電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)修理（預(yù)防試驗(yàn)是50年頭引進(jìn)前蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)）提高到預(yù)知狀態(tài)檢修，這也是現(xiàn)代電力企業(yè)進(jìn)展的方向。本文通過對220kV及以下變電站Flira-series熱成像儀的測溫使用和現(xiàn)場使用閱歷對測溫數(shù)據(jù)簡要分析，探討紅外測溫設(shè)備在變電巡查中的應(yīng)用及察覺缺陷的處境。

1、紅外線測溫的原理

自然界一切溫度高于十足零度（-273.15℃）的物體，由于分子的熱運(yùn)動，都在不停地向周邊空間輻射包括紅外波段在內(nèi)的電磁波，其輻射能量密度與物體本身的溫度關(guān)系符合輻射定律。

組外輻射原理——輻射定律：

E=σε（T^4-To^4）

式中：E為輻射出射度，W/m3；σ為斯蒂芬—波爾茲曼常數(shù)，5.67×10-8W/（m2·K4）；ε為物體的輻射率；T為物體的溫度，單位K；To為物體周邊的環(huán)境溫度，單位K。

測量出所放射的E，就可得出溫度。紅外熱成像儀（熱成像儀或紅外熱成像儀）通過非接觸探測紅外能量（熱量），并將其轉(zhuǎn)換為電信號，進(jìn)而在顯示器上生成熱圖像和溫度值，并可以對溫度值舉行計算

2、紅外測溫的分類

2.1紅外測溫儀

紅外測溫儀的測溫原理是將物體（如鋼水）放射的紅外線具有的輻射能轉(zhuǎn)變成電信號，紅外線輻射能的大小與物體（如鋼水）本身的溫度相對應(yīng)，根據(jù)轉(zhuǎn)變成電信號大小，可以確定物體（如鋼水）的溫度。

紅外測溫儀技術(shù)在生產(chǎn)過程中，在產(chǎn)品質(zhì)量操縱和監(jiān)測，設(shè)備在線故障診斷和安好養(yǎng)護(hù)以及儉約能源等方面發(fā)揮了著重要作用。比起接觸式測溫方法，紅外測溫有著響應(yīng)時間快、非接觸、使用安好及使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。非接觸紅外測溫儀包括便攜式、在線式和掃描式三大系列，并備有各種選件和計算機(jī)軟件，每一系列中又有各種型號及規(guī)格。測溫槍是一種在線監(jiān)測（不停電）式高科技檢測技術(shù)，它集光電成像技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)于一身，通過接收物體發(fā)出的紅外線（紅外輻射），將其熱像顯示在熒光屏上，從而切實(shí)判斷物體外觀的溫度分布處境，具有切實(shí)、實(shí)時、快速等優(yōu)點(diǎn)。

2.2紅外成像儀

紅外熱成像儀，可以以“面”的形式對目標(biāo)整體實(shí)時成像，使操通過屏幕顯示的圖像色調(diào)和熱點(diǎn)追蹤顯示功能就能初步判斷發(fā)熱心況和故障部位，然后加以后續(xù)分析，從而高效率、高切實(shí)率地確認(rèn)問題所在。任何物體由于其自身分子的運(yùn)動，不停地向外輻射紅外熱能，從而在物體外觀形成確定的溫度場，俗稱“熱像”。紅外診斷技術(shù)正是通過吸收這種紅外輻射能量，測出設(shè)備外觀的溫度及溫度場的分布，從而判斷設(shè)備發(fā)熱心況。像紅外熱電視、紅外熱像儀等設(shè)備利用熱成像技術(shù)將這種看不見的“熱像”轉(zhuǎn)變成可見光圖像，使測試效果直觀，靈敏度高，能檢測出設(shè)備輕微的熱狀態(tài)變化，切實(shí)反映設(shè)備內(nèi)部、外部的發(fā)熱心況，穩(wěn)當(dāng)性高，對察覺設(shè)備隱患分外有效。

3、檢測結(jié)果的分析處理

3.1運(yùn)行狀態(tài)的影響與對策

電氣設(shè)備故障無論是電流效應(yīng)引起的發(fā)熱故障（導(dǎo)電回路故障），發(fā)熱功率與負(fù)荷電流值的平方成正比。電壓效應(yīng)引起的發(fā)熱故障（絕緣介質(zhì)故障），發(fā)熱功率與運(yùn)行電壓的平方成正比。因此，設(shè)備的工作電壓和負(fù)荷電流的大小，將直接影響到紅外檢測與故障診斷的效果。泄漏電流的增大，能造成高壓設(shè)備片面電壓不平勻。假設(shè)沒有加載運(yùn)行或者負(fù)荷很低，那么會使設(shè)備故障發(fā)熱不明顯，即使存在較嚴(yán)重的故障，也不成能因特征性熱奇怪的形式暴露出來。只有當(dāng)設(shè)備在額定電壓下運(yùn)行，而且負(fù)荷越大時，發(fā)熱及溫升才越嚴(yán)重，故障點(diǎn)的特征性熱奇怪也暴露得越明顯。因此在舉行紅外檢測時，為了能夠取得穩(wěn)當(dāng)?shù)臋z測效果，要盡量保證設(shè)備在額定電壓和滿負(fù)荷下運(yùn)行，即使不能做到連續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行，也應(yīng)編制一個運(yùn)行方案，以便在檢測前和檢測過程中，能讓設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行一段時間（如4～6h），使設(shè)備故障部位有足夠的發(fā)熱時間，并保證其外觀達(dá)成穩(wěn)定溫升。由于電氣設(shè)備故障紅外診斷時，故障判斷標(biāo)準(zhǔn)往往是以設(shè)備在額定電流時的溫升為依據(jù)，因此當(dāng)檢測時實(shí)際運(yùn)行電流小于額定電流時，理應(yīng)是現(xiàn)場實(shí)際測量的設(shè)備故障點(diǎn)溫升換算為額定電流的溫升。

3.2設(shè)備外觀放射率的影響與對策

任何紅外測量儀器都是通過測量電氣設(shè)備外觀紅外輻射功率，來獲得設(shè)備溫度信息的。并且在紅外診斷儀器接收來自目標(biāo)紅外輻射功率一致的處境下，因目標(biāo)的外觀放射率不同，將會得到不同的檢測結(jié)果。也就是說，一致輻射功率，放射率越低，就會顯示越高的溫度。因物體外觀放射率主要抉擇于材料性質(zhì)和外觀狀態(tài)（如外觀氧化處境，涂層材料，粗糙程度及污穢狀態(tài)等）。因此為了應(yīng)用紅外熱像儀器切實(shí)地測量電氣設(shè)備溫度，務(wù)必要知道受檢目標(biāo)的放射率值，并將該值作為計算溫度的重要參數(shù)輸入計算機(jī)或者調(diào)整紅外測量儀的ε修正值，以便對所測量的溫度輸出值舉行放射率修正。消釋放射率對檢測結(jié)果影響的另外兩種對策措施是：當(dāng)使用紅外熱像儀舉行測量時，要對放射舉行修正，查出被測設(shè)備部件外觀的放射率值舉行放射率修正，從而獲得穩(wěn)當(dāng)?shù)臏y溫結(jié)果，提高檢測的穩(wěn)當(dāng)性；對于紅外檢測的故障頻發(fā)設(shè)備部件，為使檢測結(jié)果具有良好的可比性，可以運(yùn)用敷涂適當(dāng)漆料的方法來增大和穩(wěn)定其放射率值，以便獲得被測設(shè)備外觀的真實(shí)溫度。

3.3大氣衰減的影響與對策

由于受檢電氣設(shè)備外觀紅外輻射能量，是經(jīng)大氣傳輸?shù)郊t外檢測儀器里的，這就會受到大氣組合中的水蒸汽、二氧化碳、一氧化碳等氣體分子的吸收衰減和空氣中懸浮微粒的散射而衰減，設(shè)備輻射能量傳輸?shù)乃p隨著檢測儀器到被測設(shè)備之間的距離，降低了被測設(shè)備輻射的透過率，所以其衰減是隨距離的增大而增加，降低受檢設(shè)備故障部位與正常部位的輻射比較度，也會由于紅外儀器接收到的目標(biāo)能量裁減，使得儀器顯示出來的溫度低于被測故障點(diǎn)的實(shí)際溫度值，從而造成漏檢或誤診斷。尤其對于檢測溫升較低的設(shè)備故障時，這是很不利的。檢測距離增大，大氣組合的影響將會越來越大。而且又要獲得目標(biāo)溫度切實(shí)性，務(wù)必采取如下對策：盡量選擇在環(huán)境大氣對比枯燥、清白的節(jié)令舉行檢測；在不影響安好的條件下盡可能縮短檢測距離，還要