影響帶電設(shè)備紅外檢測及診斷的因素

邱東曉，陳永根，劉 偉，倪 堃

(嘉興電力局，浙江 嘉興 314000)

紅外檢測系統(tǒng)在電力系統(tǒng)內(nèi)的使用范圍包括：各類一次設(shè)備與其他金屬部件的連接處及金屬部件與金屬部件連接處的測溫、各類支持絕緣子的表面及內(nèi)部缺陷檢測、二次回路的紅外測溫等。紅外檢測系統(tǒng)相對(duì)其他測溫手段來說，具有不停電、不取樣、不接觸、準(zhǔn)確靈敏、快速安全、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。但帶電設(shè)備紅外檢測及診斷結(jié)果也經(jīng)常受到一些因素的干擾。

1 檢測環(huán)境的影響

在一個(gè)開放的環(huán)境中，當(dāng)設(shè)備上通有電流或加以電壓時(shí)，設(shè)備自身將會(huì)發(fā)熱，同時(shí)也在不斷向周圍環(huán)境散熱。熱量的產(chǎn)生與散失在穩(wěn)定狀態(tài)下達(dá)到一個(gè)平衡，表現(xiàn)在溫度上就是設(shè)備溫度總略高于環(huán)境溫度，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)設(shè)備溫度也隨之變化。因此，在單以設(shè)備溫度或溫差來對(duì)設(shè)備狀況作出判斷時(shí)，環(huán)境溫度是影響判斷結(jié)果的一個(gè)重要因素。

在晴好天氣下，太陽光會(huì)給紅外檢測帶來較大的影響。一方面，由于太陽輻射的加熱作用，暴露在陽光下的設(shè)備表面溫度將會(huì)顯著升高，而背蔭部分溫度則幾乎沒有變化。這樣，同一設(shè)備的不同部分就出現(xiàn)了表面溫差。在夏季晴朗的午后，這種溫差最高可以達(dá)到20～40 ℃，如此顯著的不平衡受熱將會(huì)掩蓋設(shè)備真正缺陷的溫度特征，使測量者無從判斷。另一方面，當(dāng)陽光照射在光滑設(shè)備表面時(shí)，由于鏡面反射，大部分能量將被反射出去。這部分反射的能量包含了太陽輻射的信息，而非被檢測設(shè)備的信息。在一定的角度下，測溫儀捕捉到的紅外輻射可能正好包括這部分反射的能量，這樣測得的設(shè)備溫度也就與設(shè)備的實(shí)際溫度相差很大。

環(huán)境因素中大氣條件也對(duì)紅外檢測十分重要。紅外輻射在傳輸過程中，總會(huì)受到水蒸氣、二氧化碳、臭氧、甲烷等氣體分子的選擇性吸收。在紅外線的高透過區(qū)域，此類吸收已變得微乎其微，測溫儀一般選用3～5 μm的中紅外大氣窗口。但是在遠(yuǎn)距離的紅外檢測中，大氣影響還是存在的。大氣中的氣體分子和懸浮顆粒會(huì)對(duì)通過其間的紅外線形成散射，尤其是在空氣濕度較大時(shí)，空氣中的小水滴黏附于固體塵埃上，形成霧或霾，可以使相當(dāng)一部分能量在傳輸過程中被衰減，難以測得設(shè)備的準(zhǔn)確溫度。

2 設(shè)備因素的影響

2.1 負(fù)荷

電力系統(tǒng)中的設(shè)備以電流致熱型為主，設(shè)備發(fā)熱量的多少直接取決于設(shè)備的負(fù)荷，亦即流過設(shè)備的電流的大小。設(shè)備在小負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，如負(fù)荷低于30 %時(shí)，由于流過的電流小，散熱條件好，即使連接處存在一定缺陷，其溫度相對(duì)于環(huán)境溫度也不會(huì)有明顯的升高，缺陷就被掩蓋了。但一旦負(fù)荷增大，缺陷點(diǎn)的溫度就會(huì)直線上升，甚至將連接處燒斷，釀成事故。

2.2 被測設(shè)備的表面情況

根據(jù)普朗克輻射定理得知，物體的輻射強(qiáng)度與物體溫度、表面的輻射能力有關(guān)。表述物體表面輻射能力的參數(shù)是比輻射率，其定義為輻射源的輻射出射度與具有同一溫度的黑體的輻射出射度之比。比輻射率是材料種類及表面磨光程度的函數(shù)，數(shù)值介于非輻射源的0和黑體的1之間。表1是不同材料在不同的表面狀況下的比輻射率。

從比輻射率的定義可知，即使設(shè)備的實(shí)際溫度相同，由于發(fā)射能力不一樣，在同一個(gè)輻射率下由紅外儀器測得的溫度也是不一樣的。如變電設(shè)備實(shí)際測量中，比輻射率一般選取0.9，這樣測得裸露金屬部件的溫度是比較準(zhǔn)確的；而瓷套和帶漆金屬的溫度則有所偏差，這是因?yàn)榇商最愒O(shè)備的比輻射率一般為0.92，帶漆金屬類設(shè)備的比輻射率一般為0.94。

表1 不同材料的比輻射率

2.3 設(shè)備故障點(diǎn)大小

紅外檢測系統(tǒng)在實(shí)際使用中存在空間分辨率的問題。測溫畫面上光標(biāo)跟隨點(diǎn)的溫度，并非就是發(fā)熱處的點(diǎn)溫度，而是反映十字光標(biāo)所在小區(qū)域溫度的平均值。所以，當(dāng)設(shè)備的發(fā)熱點(diǎn)過小或者距檢測設(shè)備太遠(yuǎn)，發(fā)熱點(diǎn)的圖像不足以填滿測溫區(qū)域時(shí)，所顯示的溫度并不能代表設(shè)備故障點(diǎn)的真實(shí)溫度。如在線路設(shè)備測溫中，色標(biāo)顯示故障點(diǎn)溫度較高，實(shí)際測得溫度卻很低，其原因就是距檢測設(shè)備太遠(yuǎn)，發(fā)熱點(diǎn)相對(duì)太小，實(shí)際測得的溫度為發(fā)熱點(diǎn)和天空背景這一區(qū)域的平均溫度。

另外，對(duì)GIS、開關(guān)柜等封閉設(shè)備，目前還不能直接通過紅外檢測手段進(jìn)行檢測，這也是目前紅外檢測系統(tǒng)在電力系統(tǒng)應(yīng)用中的一個(gè)局限之處。

3 建議

帶電設(shè)備紅外檢測及診斷結(jié)果主要受到環(huán)境溫度、濕度、陽光、風(fēng)速和設(shè)備的負(fù)荷、材料、表面光潔度、設(shè)備的結(jié)構(gòu)、故障點(diǎn)大小及遠(yuǎn)近等因素的共同影響。結(jié)合這些影響因素，對(duì)帶電設(shè)備紅外檢測的使用提出如下建議。

(1) 檢測環(huán)境溫度一般不宜低于5 ℃，空氣濕度不大于85 %，風(fēng)速不大于5 m/s，氣候以陰天、多云為宜，避開陽光直接照射或反射入鏡，也不應(yīng)在有雨、霧、雪等天氣情況下進(jìn)行檢測。

(2) 盡量選擇在設(shè)備負(fù)荷高峰時(shí)測量，一般不應(yīng)低于額定負(fù)荷的30 %，并盡量靠近被測設(shè)備；線路設(shè)備檢測宜配有中長焦距鏡頭。

(3) 診斷上以溫升和相對(duì)溫差判斷為主，溫度判斷為輔，注重同類設(shè)備之間溫度上的差異。

(4) 建議設(shè)備預(yù)試前后進(jìn)行紅外普測，測試時(shí)結(jié)合預(yù)試數(shù)據(jù)使之相互印證，為紅外診斷技術(shù)積累量化評(píng)估經(jīng)驗(yàn)。

1 袁世祿.紅外診斷技術(shù)在電氣設(shè)備狀態(tài)檢修中的應(yīng)用[J].華北電力技術(shù)，2000(08).

2 邱毓昌，施 圍，張文元.高電壓工程[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1995.