紅外熱成像技術在電氣設備中的應用

楊 勇，楊 通，隋萌萌

（青島特殊鋼鐵有限公司裝備部，山東青島 266400）

0 引言

隨著冶金行業生產制造設備自動化、大型化、連續化水平的不斷提高，為保證其運行的安全性和可靠性，對電氣設備的現代化管理越發重要。隨著電氣設備的長時間運行，其元部件會逐漸出現松動和老化現象，引發電氣事故。許多事故發生前都會出現電氣元部件溫度上升的趨勢，因此，做到電氣設備過熱部位的提前檢測，并正確分析判斷顯得尤為重要。紅外熱成像技術可以準確呈現電氣設備的表面溫度圖像，精確定位因連接點（導線接頭、線夾、接線柱頭）的氧化腐蝕和連接不良等造成的異常發熱部位。

1 原理及優勢

紅外熱成像是運用光電技術檢測物體熱輻射的紅外線特定波段信號，將該信號轉換成可供人類視覺分辨的圖像和圖形，并以不同顏色顯示物體表面溫度分布的一種先進科學技術。

紅外熱成像技術的優勢：非接觸式測溫，對被測設備無影響，保證點檢維護人員的安全；精度高，分辨率達0.1 ℃；根據電氣元部件不同材料，設置相應的發射率能有效提高測溫的準確性；檢測速度快，能較大范圍快速顯示檢測對象的溫度分布情況，準確直觀以圖像形式顯示高溫部位；可將圖像信息傳輸到計算機，利用軟件對圖像進行后臺處理，并建立設備電子檔案，通過與歷史數據對比，分析診斷設備的劣化趨勢和程度，進而做出相應處理措施。該項技術預測電氣設備的溫升從點分析發展到面分析，從單一的數據判斷發展到數據庫管理，在設備運行狀態管理中發揮著重要作用。

2 技術展望

紅外熱成像在線監測系統，可確保設備的溫度狀態每時每刻都能有效地監測和分析，準確地連續測量設備運行數據。可對設備狀態進行更精細的實時監護，精準掌控設備檢修維護的時機，避免企業出現不可控制的突發故障。

推進計算機網絡管理平臺建設，借助計算機數據庫、云計算的強大功能，幫助對設備運行狀態的數據存儲與分析，快速得出設備劣化發展的趨勢和程度，進而做出相應處理措施，以適應現代設備科學化、智能化、信息化的管理需求。

3 紅外診斷方法及診斷依據

（1）絕對值判斷法。根據紅外熱成像檢測的電氣設備表面溫度與國家標準（GB/T 11022）中相應溫度要求進行比較，以判斷設備是否正常。

（2）同類設備類比判斷法。設備型號、運行工況、運行負載、環境溫度相同或相近的同類電氣設備，其紅外熱成像溫度分布應高度相似。該方法是將同類設備的熱像圖進行全面類比分析，查找溫度異常點（故障點），該方法在實際工作中應用最為廣泛。

（3）圖像特征判斷法。通過對設備正常狀態和異常狀態運行時的熱像圖特征進行類比分析，判斷并發現其溫度異常發熱點。該方法主要用于電壓致熱型設備，如電纜、絕緣子等。

（4）相對溫差判斷法。該方法通過計算同一設備兩個對應測點的相對溫差δt，進行比較分析，以發現紅外熱像故障隱患點。該方法主要適用于電流致熱型設備，如電容器、電抗器等。δt=（τ1-τ2）/τ1×100%=（T1-T2）/（T1-T0）×100%，其中，τ1是發熱點的溫升，τ1是發熱點的溫度，τ2是正常點的溫升，τ2是正常點的溫度，T0是環境溫度參照體的溫度。

（5）診斷依據。根據DLT 664—2008《帶電設備紅外線診斷技術應用導則》的相關數據標準診斷相應設備缺陷性質。缺陷性質根據過熱點嚴重程度分為一般缺陷、嚴重缺陷、危急缺陷，例如，金屬部件與金屬部件連接接頭因接觸不良導致過熱，熱點溫度＞90 ℃或δ≥80%，界定為嚴重缺陷。采用科學合理的紅外診斷方法，結合上述導則在現場檢測和設備故障的成功診斷中取得了顯著實效。

4 案例

4.1 案例1

2019 年7 月8 日，對某廠變壓器檢測時發現其低壓側B 相套管處有過熱現象，并對故障點進行記錄。經過分析發現最高溫度達到71 ℃，采用同類設備類比判斷法分析，過熱點與正常狀態點最大溫差為27.9 ℃（圖1）。

根據DLT 664—2008《帶電設備紅外線診斷技術應用導則》的相關數據標準，將該設備評估為嚴重缺陷，應盡快安排處理。停電檢修發現該變壓器低壓側B 相柱頭的一個固定螺栓脫落，剩余固定螺栓也存在不同程度松動（圖2），導致過流截面不足，引起接觸電阻過大，造成異常發熱。

圖1 變壓器低壓側B 相套管

圖2 變壓器低壓側B 相套管固定螺栓

4.2 案例2

2019 年12 月4 日，對某廠循環水變電所進行紅外熱成像檢測，發現ZL2 配電柜內制冷冷卻塔2#風機接觸器上端進線有過熱現象（圖3）。經過分析，發現其最高溫度達156.8 ℃（A 相溫度156.8 ℃、B 相溫度95.6 ℃、C 相溫度35.6 ℃），與其他兩相對比，最大溫差121.2 ℃。利用表面溫度判斷法分析該設備存在過熱缺陷。

圖3 斷路器上端進線電纜

根據DLT 664—2008《帶電設備紅外線診斷技術應用導則》的相關數據標準，將該設備評估為危急缺陷，應立即安排處理。停電檢修發現電纜外皮已經碳化，原因是接線端子壓接不緊密，造成接頭處接觸電阻過大，引起異常發熱。

5 結論

上述案例說明，紅外熱成像檢測技術能及時發現電氣設備的過熱隱患部位。根據故障程度采取相應措施，能有效避免或減少供電系統的設備事故，提高供電的安全性和可靠性，保障設備平穩運行。