紅外熱像儀在配電線路故障診斷中的應用

張 棟，郭 君，殷光華

（新鄉供電公司，河南 新鄉 453002）

普通的人眼目測與經驗分析，無法在設備運行情況下準確分辨出故障點的具體部位，尤其是電氣設備的高壓斷路器、隔離開關、各聯接部位等。而紅外熱像儀，可以彌補人工分析在電氣設備巡視時的不足。其可實時提供高分辨率的彩色影像，溫度分辨率高，測溫功能強大，紅外鏡頭與CCD鏡頭可隨時切換，可用PC卡存儲圖像，且不易失真。

通過利用紅外熱像儀對主變壓器、配電室、開關、隔離等設備進行檢測，依據熱像圖及時準確地確定被測物體的故障部位，避免了設備事故的發生和擴大，為設備檢修提供了可靠的依據，在這些設備上逐步實現了狀態預知檢修。

1 紅外熱像儀簡介

1.1 紅外熱像儀原理

紅外熱像儀是利用紅外探測器、光學成像物鏡和光機掃描系統（目前先進的焦平面技術則省去了光機掃描系統）接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形，反映到紅外探測器的光敏元上，在光學系統和紅外探測器之間，有一個光機掃描機構（焦平面熱像儀無此機構）對被測物體的紅外熱像進行掃描，并聚焦在單元或分光探測器上，由探測器將紅外輻射能轉換成電信號，經放大處理、轉換成標準視頻信號，通過電視屏或監測器顯示紅外熱像圖。

而近幾年推出的陣列式凝視成像的焦平面熱像儀，屬新一代的熱成像裝置，在性能上大大優于光機掃描式熱像儀，有逐步取代光機掃描式熱像儀的趨勢。其關鍵技術是探測器由單片集成電路組成，被測目標的整個視野都聚焦在上面，并且圖像更加清晰，使用更加方便，儀器非常小巧輕便，同時具有自動調焦圖像凍結，連續放大，點溫、線溫、等溫和語音注釋圖像等功能，儀器采用PC卡，存儲容量可高達500幅圖像。

1.2 紅外熱像儀功能

紅外熱像儀具有點溫功能、高溫報警、高低溫捕捉、等溫分析、圖像存儲、回放功能等功能。

2 紅外熱像儀在配電線路中的應用

2.1 設備故障診斷原理

運行中的帶電導體及各聯接部位出現故障，在電流的作用下，都會出現熱效應，使得故障部位的溫度升高，相對非故障部位和環境，溫度都要有所升高。通過紅外熱像儀對設備的檢測，就能夠通過溫度的變化，來判斷設備是否存在故障部位，即故障點的具體部位，并根據溫度的相對變化，來判斷故障的缺陷類別，制定檢修計劃。

2.2 設備故障紅外診斷的優點

紅外診斷技術，對電氣設備的早期故障缺陷及絕緣性能，做出可靠的預測，使傳統電氣設備的預防性試驗維修（預防試驗是上世紀50年代引進前蘇聯的標準）提高到預知狀態檢修，這也是現代電力企業發展的方向。

隨著現代科學技術不斷發展成熟與日益完善，利用紅外狀態監測和診斷技術，具有遠距離、不接觸、不取樣、不解體，又具有準確、快速、直觀等特點，實時地在線監測和診斷電氣設備大多數故障（幾乎可以覆蓋所有電氣設備各種故障的檢測）。紅外檢測技術的應用，對提高電氣設備的可靠性與有效性，提高運行經濟效益，降低維修成本，都有很重要的意義，并能使維修水平和設備的健康水平上一個臺階。

2.3 應用舉例

配電線路出現問題的高峰期，也是用電的高峰期，一般在夏季、冬季、節假日等，出現故障的設備及部位，多為高壓斷路器接線柱、高壓隔離開關、變壓器低壓接線柱、低壓刀閘及其他導體聯接的戶外部位，或大電流流通部位。

在故障高峰期前，會對設備進行巡視，以確保在用電高峰期時設備的正常運行。但一般的人眼目測與經驗分析，無法發現隱蔽的故障缺陷，而用電高峰期的到來，會使存在隱患設備的電流增大，設備故障也會隨之出現。我們在對設備巡視時，用紅外熱像儀及早發現設備的異常發熱，并根據其他運行數據和經驗進行判斷，判斷該設備是否存在隱患，并制定檢修計劃。

（1）使用舉例之一。2010年高考前，根據要求應確保對高考期間學校的考場保證供電。我們對各個學校供電的線路進行巡視，并對供電的變壓器高壓跌落、變壓器、低壓刀閘等設備進行了紅外熱成像拍照（如圖1），就是在巡視某校供電的低壓刀閘時，發現其中兩相的溫度異常。缺陷左邊相低壓刀閘發熱點溫度最高達到154.4℃，而右邊相發熱點溫度也達到了100℃，中相沒有明顯的發熱現象，可以判斷為正常的。發熱點都存在明顯的溫度升高現象，但現場用肉眼觀察是不能發現這些發熱點的缺陷的。

圖1 低壓刀閘的發熱點

發現缺陷后，工作班成員立即組織材料和工具，對該變壓器進行停電更換低壓刀閘的工作。更換低壓刀閘后，設備運行正常，用熱成像儀觀察沒有異常的發熱情況。

（2）使用舉例之二（如圖2）。為在線路巡視時，使用紅外熱成像儀進行設備的紅外熱成像拍照，發現某線路主干線聯絡開關導線處中相、右邊相有發熱現象，最高溫度達到116.3℃，與周圍環境和周圍設備有著明顯的差異，存在著缺陷。因為此線路為主干線路，無法立即停電進行缺陷的排除，工作人員立即匯報主管領導，并在制定月度計劃時，將其列入停電計劃，對其進行缺陷的排除。

圖2 某主干線聯絡開關導線處的發熱現象

根據以上兩個工作中的實例，可以看到紅外熱成像儀可以發現我們肉眼無法觀察到的設備發熱情況，并據此判斷是否有缺陷的存在及嚴重程度，并及時有計劃地安排對缺陷的處理。從而實現設備狀態預知維修，減少電網設備故障的發生。

3 使用紅外熱像儀的注意事項

使用紅外熱像儀，應注意以下兩點：

（1）由于在現場操作中一般難以確定目標的輻射率，所以利用紅外熱像儀測量原理測量出的溫度，只能是實際溫度的近似值。因此，在使用紅外熱像儀進行測溫時，需了解以下兩點：

一是在不調整輻射率的情況下，當不同物體具有同一溫度時，表面輻射率達的物體，顯示的圖像較明亮，測出的溫度較高；表面輻射率小的物體，顯示的圖像較暗，測出的溫度較低。

二是測定溫度值均為目標表面溫度值。

（2）紅外熱像儀紅外鏡頭應避免強光照射，要遠離強磁場，勿靠近高溫熱源。

4 結束語

紅外熱像儀能夠快速、準確地確定隱患點、故障點的位置，并測量出該點的溫度，且保留有圖像資料，為設備的正常運行和檢修工作提供了可靠的依據。經過近些年的實踐，紅外熱像儀在運行中的電氣設備的故障診斷方面，取得了一定成績，摸索了一些經驗。下一步，在對設備的檢修診斷方面，我們要進一步注意積累經驗，使紅外熱像儀的作用得到最大限度的發揮，為企業的生產運行保駕護航。

［1］上海市電力公司.電力設備紅外檢測診斷圖譜及應用規范[M].北京：中國電力出版社，2004

［2］DL/T664-1999,帶電設備紅外診斷技術應用導則[S].

［3］吳曉松,王晨峰.電力設備接點溫升監控的研究[A].電力系統紅外交流會論文[C].2001.