紅外測溫技術(shù)在變電站設(shè)備缺陷診斷中的應(yīng)用探討

晏忠

摘 要：紅外測溫技術(shù)是目前電力行業(yè)用于檢測和診斷電力設(shè)備故障的一種廣泛使用的手段，其具有對(duì)故障點(diǎn)情況顯示清晰形象、直觀以及準(zhǔn)確率高的特征，并且在對(duì)電路設(shè)置進(jìn)行故障檢測和診斷的過程中無需停電、無需取樣、無需對(duì)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行修改，在設(shè)備的正常運(yùn)行過程中就能夠準(zhǔn)確地測定溫度，并識(shí)別設(shè)備的工作狀況、判斷設(shè)備故障的發(fā)生部位和性質(zhì)，保證設(shè)備能夠在正常的狀態(tài)下安全的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：紅外測溫技術(shù)；變電站；設(shè)備缺陷

引言

變電站設(shè)備是保障電力供應(yīng)穩(wěn)定、連續(xù)的基礎(chǔ)。只有連續(xù)且穩(wěn)定的電力生產(chǎn)與供應(yīng)才能夠滿足在電力輸送和分配過程中滿足人們的電力需求。電力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的連續(xù)作業(yè)系統(tǒng)，電力的生產(chǎn)、輸送、供給是一系列瞬時(shí)性工作，而電力生產(chǎn)和傳送設(shè)備則是保障各種瞬間工作順利、安全、高效完成的基礎(chǔ)。由此可見，變電站設(shè)備在很大程度上決定了電力生產(chǎn)、輸送和分配系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素，若出現(xiàn)任何的設(shè)備故障，都極有可能造成巨大的人員傷亡或者經(jīng)濟(jì)損失。用于檢測變電站設(shè)備故障的紅外測溫技術(shù)的出現(xiàn)有效的提高變電站設(shè)備故障檢測成功率，降低了設(shè)備出現(xiàn)故障或者攜帶故障工作的風(fēng)險(xiǎn)。此外，紅外測溫技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)在于其應(yīng)用不會(huì)影響到變電站設(shè)備的正常工作，相比于傳統(tǒng)的變電站預(yù)防性檢測而言，安全性、可操作性以及可靠性更高，屬于在線監(jiān)測技術(shù)的一種。工作人員在使用紅外測溫技術(shù)檢測變電站設(shè)備工程中，既不需要暫停或者接觸設(shè)備，只需遠(yuǎn)距離操作在短暫實(shí)現(xiàn)內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的大面積掃描成像，由此可以在設(shè)備不解體的情況下實(shí)現(xiàn)高效的檢測目的，對(duì)于設(shè)備故障的查找和診斷以及設(shè)備熱缺陷的確定等具有不可替代的作用。因此，紅外測溫技術(shù)應(yīng)該在變電站設(shè)備缺陷診斷中大力的推廣應(yīng)用。

1 紅外測溫技術(shù)原理分析

紅外測溫技術(shù)建立在輻射測溫原理以及三大紅外輻射理論定律的基礎(chǔ)上，即Plank輻射定律、Wein位移定律以及Stefen-Boltzmann定律。在不直接與被檢測物體發(fā)生接觸的過程中取到高精確度、高靈敏性的測量。根據(jù)紅外測溫技術(shù)的工作原理，我們不難發(fā)現(xiàn)其具有響應(yīng)時(shí)間短、熱傳導(dǎo)性能高、安全等特點(diǎn)，這也是紅外測溫技術(shù)值得推廣應(yīng)用的一個(gè)重要方面。

依據(jù)電磁波連續(xù)頻譜中的位置判定，紅外線位于可見光與無線電波之間的區(qū)域，結(jié)果可見光紅端和微波之間，屬于電磁輻射，可分為近紅外線、中紅外線、遠(yuǎn)紅外線以及極遠(yuǎn)紅外線四中波段。在自然界中，紅外線對(duì)任何常規(guī)環(huán)境下的物體都會(huì)產(chǎn)生電磁波輻射，這主要依賴于外部物體自身的分子與原子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)為紅外線探測提供所需的熱紅外能量。作為自然間最為普遍的一種電磁輻射，紅外線對(duì)物體自身分子與原子運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的熱紅外能量具有極強(qiáng)的敏感性，物體組成粒子運(yùn)動(dòng)越劇烈、越不規(guī)則，產(chǎn)生的熱紅外能量越多，越利于紅外線的探測。

一般而言，自然界中不存在溫度高于絕對(duì)零度而不對(duì)四周輻射紅外線的物體存在，通常情況下，物體向四周輻射的紅外線強(qiáng)度會(huì)隨著物體溫度的升高而增強(qiáng)，甚至包括位于0.76-1000um波段的紅外線。紅外測溫技術(shù)在應(yīng)用過程中，利用紅外線探測器收集被探測物體輻射的功率信號(hào)，并進(jìn)一步將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而在呈現(xiàn)裝置中一一對(duì)應(yīng)的以輸出信號(hào)為載體描繪出物體表面溫度的空間分布。最后技術(shù)操作人員利用電子系統(tǒng)處理技術(shù)將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闊釄D像呈現(xiàn)在顯示屏上。紅外測溫技術(shù)融合了光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號(hào)放大器以及信號(hào)處理、輸出等幾個(gè)主要的組成成分，借助對(duì)電磁輻射的敏感性能夠有效的遠(yuǎn)距離對(duì)物體熱狀態(tài)成像，并依據(jù)其進(jìn)行測溫判斷。紅外測溫系統(tǒng)的工作是由各個(gè)子系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致的結(jié)果。首先光學(xué)系統(tǒng)依靠光學(xué)零件和其所選的位置對(duì)視場內(nèi)的紅外輻射能量進(jìn)行目標(biāo)的鎖定和匯集。其次，光電探測儀將匯集到其內(nèi)部的紅外能量進(jìn)行電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，為信號(hào)的傳輸、轉(zhuǎn)換等做好鋪墊。最后，按照儀器內(nèi)部自身的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正，經(jīng)過放大器放大的信號(hào)在被信號(hào)電路處理后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y物體的溫度值。值得注意的是由于變電站設(shè)備所處的工作環(huán)境的特殊性，在利用紅外測溫技術(shù)檢測其缺陷過程中，應(yīng)考慮包括溫度、空氣濕度、污染以及干擾等外部環(huán)境條件對(duì)于測溫儀的影響，找到修正方法對(duì)性能指標(biāo)進(jìn)行適度的修正，以確保檢測的準(zhǔn)確性。

2 紅外測溫技術(shù)應(yīng)用環(huán)境探究

紅外測溫技術(shù)應(yīng)用過程中對(duì)于環(huán)境的要求主要從被測物體所在環(huán)境的溫度、空氣濕度、光線以及測量的時(shí)間段考慮。首先，被檢測物體以及所處的環(huán)境溫度不宜低于5℃，如果不滿足要求確需在低溫下進(jìn)行檢測操作，操作人員應(yīng)注意自身溫度對(duì)于檢測的影響，并考慮某些由于進(jìn)水而受潮的設(shè)備存在的潛在缺陷，以免出現(xiàn)漏檢或錯(cuò)檢的發(fā)生。其次，檢測環(huán)境的空氣濕度應(yīng)盡可能小于85%，避免在風(fēng)速大于0.5m/s、雷、雨、霧、雪等不利天氣下進(jìn)行檢測。對(duì)于風(fēng)速變化較大或者風(fēng)速極其不穩(wěn)定的情況下，應(yīng)及時(shí)記錄風(fēng)速，采取修正值對(duì)所測結(jié)果進(jìn)行修正。最后，由于人造燈會(huì)散發(fā)熱量而影響到紅外測溫的準(zhǔn)確性，因此在室內(nèi)進(jìn)行檢測時(shí)應(yīng)關(guān)閉燈光，并盡可能選擇在陰天、黎明前或者傍晚后進(jìn)行檢測，避免白天日照對(duì)溫度的影響。

3 變電站設(shè)備缺陷的類型以及特征

變電站設(shè)備缺陷主要集中表現(xiàn)為發(fā)熱缺陷，具體包括外部缺陷和內(nèi)部缺陷兩種類型，具體如下：

設(shè)備的外部缺陷主要體現(xiàn)在設(shè)備裸露部分出現(xiàn)的熱故障，當(dāng)設(shè)備局部溫度過高時(shí)，其周圍的紅外線會(huì)明顯的增強(qiáng)，而探測儀則會(huì)敏感的檢測到其周圍輻射的紅外線，并在顯示屏上呈現(xiàn)出熱場圖。熱場圖是技術(shù)分析人員用于判斷設(shè)備局部熱故障的依據(jù)，其可以根據(jù)溫度分布的差異性準(zhǔn)確判斷出設(shè)備故障的位置，并利用紅外線檢測到缺陷的具體情況。設(shè)備的內(nèi)部缺陷主要與熱效應(yīng)有關(guān)，當(dāng)固體、液體或者氣體被封閉于設(shè)備內(nèi)部，并與設(shè)備故障部分接觸時(shí)，則會(huì)長時(shí)間，高強(qiáng)度輻射紅外線，由此借助紅外成像技術(shù)，可以通過對(duì)設(shè)備表面溫度場進(jìn)行檢測，診斷設(shè)備內(nèi)部的缺陷部位。

4 紅外測溫技術(shù)在變電站設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

紅外測溫技術(shù)在變電站設(shè)備故障診斷應(yīng)用中主要是針對(duì)變電站外部缺陷和內(nèi)部缺陷進(jìn)行診斷，以此尋找和判斷故障部位，提高設(shè)備的安全運(yùn)行效率。

4.1 紅外測溫技術(shù)對(duì)設(shè)備外部缺陷的診斷

外部缺陷主要是由于熱效應(yīng)外露導(dǎo)致設(shè)備局部溫度過高而輻射處高強(qiáng)度的紅外線。借助紅外測溫技術(shù)可以對(duì)故障部位呈現(xiàn)明顯的熱圖像，從而判斷其故障部位。如當(dāng)隔離開光觸頭的溫度差異過大時(shí)，相差達(dá)到10℃左右，則會(huì)有明顯的熱圖像差異，由此可以確定為隔離開光的動(dòng)靜觸頭接觸不良，確診為嚴(yán)重的缺陷。又如當(dāng)電容器接頭之間的溫度相差達(dá)到20℃左右時(shí)，則可以診斷為電容器接頭出現(xiàn)缺損，同樣非常嚴(yán)重。

4.2 紅外測溫技術(shù)對(duì)設(shè)備內(nèi)部缺陷的診斷

設(shè)備的內(nèi)部缺陷主要是由于存在于設(shè)備內(nèi)部的固體、氣體或者液體被封閉與內(nèi)部后，在與設(shè)備部件接觸后出現(xiàn)熱效應(yīng)，導(dǎo)致其發(fā)熱，并進(jìn)行熱傳導(dǎo)或者轉(zhuǎn)換，長時(shí)間后造成設(shè)備缺陷。如變電站設(shè)備內(nèi)部受潮后，介質(zhì)損耗加大，內(nèi)部缺油或者電流泄露以及內(nèi)部導(dǎo)電部位失靈等都會(huì)造成內(nèi)部缺陷的出現(xiàn)。如當(dāng)電容器與電抗器之間的連接板發(fā)熱，并在紅外測溫儀上出現(xiàn)較大的溫度差異，則定性為嚴(yán)重的缺陷。

參考文獻(xiàn)

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