紅外熱成像儀在變電運維工作中的應用

劉貴成

摘要：隨著我國科技不斷進步，我國的電力行業也得到了很大程度的發展。紅外診斷技術是一種新型診斷技術，為變電設備的熱診斷提供了很好的診斷方式，該種診斷方式有著不解體、直觀性、快速性、準確性的特征，也適宜用在大面積檢測中，同時，該種診斷技術也能夠與其他檢測方式聯合使用，定位故障的具體位置，這就可以有效提升檢修的便利性。但是，影響紅外線熱成像診斷技術準確率的因素是多種多樣的，在進行診斷時，必須要合理地控制其測量環境與測量方式。本文主要分析影響紅外線熱成像診斷技術準確性的因素，并提出相關的解決措施。

關鍵詞：紅外熱成像儀，變電運維，應用

作為電力系統的關鍵環節，變電站的安全運行尤為重要。變電站內的電力設備因異常熱效應而引發的多種故障和異常現象是影響設備安全運行的重要原因，因此，及時、準確地判斷電力設備的運行溫度是保障電力設備可靠運行的重要條件。在變電站應用紅外熱成像儀可以及時發現電力設備的熱異常缺陷，特別是內部缺陷，使設備故障得到及時的消除，從而避免電力系統事故的發生，應用紅外熱成像儀對運行設備進行連續跟蹤，配合分析軟件，可以有效、精確分析對象的熱變化和缺陷發展程度，為分析變電站設備運行情況提供準確依據。

一、紅外測溫原理

紅外熱呈現（成像）儀是利用光學成像物鏡、光機掃描系統、紅外探測器將被測目標紅外輻射能量圖形反映在紅外探測器光敏元中，在紅外探測器與光學系統中，有光機掃描結構，能夠掃描出被測物體紅外成像情況，并由探測器將其轉化成為電信號，經過放大處理后形成紅外熱像圖。根據物體發射輻射功率，影響紅外熱成像診斷技術的重要因素就是材料比輻射率與物體輻射功率，紅外熱成像儀也會受到大氣環境與人為因素的影響，因此，紅外熱成像診斷技術結果只能夠進行定性分析，是不能定量分析的。

二、變電站電氣設備常見的發熱缺陷分類

（一）以發熱缺陷的位置分類

內部發熱缺陷：內部發熱缺陷具有一定的隱蔽性，難以被人肉眼所觀察到，這類發熱缺陷往往也是引起熱異常的主要原因。內部發熱缺陷往往是由于電氣設備內部與故障點接觸的物質，產生對熱換和熱傳導，并且持續穩定發熱。利用紅外成像測溫往往不能夠直接得出結論，還需要對設備表面的溫度差進行對比分析才能確定。外部發熱缺陷：變電站大多數電氣設備的連接部件都處于裸露工作狀態，在長期的運行工作中，這些連接件極其容易受到環境溫差、有害氣體腐蝕以及自然老化的原因，從而會引起相應的局部發熱、溫度異常升高等問題。這些問題如若不能夠得到及時的處理，極其容易引發電氣設備的運行故障，甚至成為電網事故的導火索。外部發熱缺陷是能夠通過紅外測溫直接發現的。

（二）以電氣設備產生發熱缺陷的原因分類

電壓致熱效應型缺陷：變電站許多高壓電氣設備中都極為容易產生電壓導致的熱效應缺陷，其主要原因是內部絕緣密封性下降、絕緣介質老化，在電網運行過程中，電解質材料形成有功損耗，它的發熱功率往往只與電壓有關。電流致熱效應型缺陷：電氣設備和輸電線路的裸露電氣接頭，包括許多高壓電氣設備的內部導流回路，因連接不良，接觸電阻增大而產生的缺陷，均屬電流致熱效應缺陷。通常將由傳導電流在電阻上產生的發熱的設備，稱之為電流致熱型設備。這種發熱由電阻的有功損耗而引起。其他原因：例如電氣設備磁回路的漏磁現象，導致部分件的局部過熱現象，電氣設備的異常運行狀態中導致設備的電流電壓分布產生變化，形成熱缺陷，油浸高壓電器設備發生漏油、假性油位的情況，形成油面層的熱傳導差異，致使設備外表面形成明顯的溫度梯度。

三、紅外熱成像測溫技術的應用

變電站的設備巡視是運行人員每天必須進行的一項重要工作，其方法一般為通過目測、耳聽和鼻嗅等來了解設備的運行情況，其中又以目測為主。然而目測設備有著很大的局限性，一些有發展性的缺陷，特別是設備內部缺陷，常常要等其發展到一定程度后才能被發現，這樣不但延誤了設備缺陷的及時發現和處理，而且可能會對運行設備造成不同程度的損壞。在變電站設備巡視中使用紅外熱成像儀輔助，能在很大程度上提高運行人員發現缺陷的能力。紅外熱成像儀可以十分快捷準確地探測到電氣設備的不良接觸以及過熱的機械部件，對于設備中所有可以直接看見的部分，紅外熱成像儀都能夠確定全部連接點的熱隱患，而那些由于遮蔽而無法被直接看到的部分，則可以根據其熱量傳導到外面部件上的情況來發現隱患。另外，對于斷路器、導體、母線及其他部件的運行監控而言，紅外熱成像儀的作用也是無法取代的，它可以很容易地探測到回路過載或三相負載的不平衡。以上種種優點，使得紅外熱成像儀在保供電、重大節假日、迎峰度夏期間對保證安全可靠供電起到了非常積極的作用。紅外熱成像儀在每季度的設備查評、定期的設備夜間檢查或特殊時期的檢查（如電網迎峰度夏或高峰負荷時）中使用，同樣能收到相當明顯的效果。總而言之，對變電站全站一次設備全面開展紅外熱成像測溫工作是一個大趨勢，以下是可采用紅外熱成像儀進行檢查的部分設施：（1）電氣裝置：可發現接頭松動或接觸不良、不平衡負荷、過載、過熱等隱患，這些隱患可能造成的潛在影響是產生電弧、短路、燒毀甚至起火。（2）變壓器：可以發現的隱患有接頭松動、套管過熱、接觸不良（抽頭變換器）、過載、三相負載不平衡、冷卻器管道堵塞不暢等，其影響亦為產生電弧、短路、燒毀甚至起火。

四、提升變電設備紅外線熱成像診斷準確性的措施

為了提升測量準確性，需要采取科學的措施控制好測溫距離和測溫角度。紅外輻射是沿著法線方向進行傳播的，為了保證最佳測量結果，需要將成像儀垂直于被測目標上，同時，還要意識到，材料發射率會隨著角度的變化而出現變化，這也會影響測量結果的準確性。調查顯示，如果角度為偏離垂直方向30°內，那么發射率基本上不會發生變化，如果偏離垂直方向超過了30°，就會嚴重影響測量結果準確性。考慮到以上的因素，在進行測量時，需要嚴格遵循垂直測量的原則，對于與鏡頭不垂直的檢測對象，需要采取科學有效的方式來修正其溫度值，這樣才能夠有效提升檢測結果的準確性。此外，檢測距離也會影響測量準確性，因此，在進行測量時，需要將熱像儀放置在指定距離內，降低誤差率。

五、結語

時至今日，紅外熱成像技術已廣泛應用于電氣安裝、檢測、運行等領域，它能在不接觸電氣設備的情況下，快速、準確、形象地得出運行中的設備表面溫度數據，從而幫助有關人員更全面地了解和評價設備的安裝質量、運行情況等信息，使得變電運行管理變得輕松方便。我局在全面使用紅外熱成像儀作為設備測溫工具后，已很大程度上減少了設備故障率，這無疑歸功于使用紅外熱成像儀后能及早發現隱蔽的、肉眼難以觀測到的隱患缺陷，從而將事故消滅于萌芽階段。

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