论文部分内容阅读
[摘要]电力系统作为国家经济发展的命脉，其安全稳定运行至关重要。随着电力系统的发展，红外测温技术在变电运行中的应用越来越广泛。通过对红外测温的原理、红外测温的分类、检测结果的分析处理、测量数据的诊断方法等方面阐述，对220kV及以下变电站的测量数据的研究诊断提供分析方法。
[关键词]红外测温；电气设备；发热故障；电网安全
红外诊断技术对电气设备的早期故障缺陷及绝缘性能做出可靠的预测，使传统电气设备的预防性试验维修（预防试验是50年代引进前苏联的标准）提高到预知状态检修，这也是现代电力企业发展的方向。本文通过对220kV及以下变电站Flira-series热成像仪的测温使用和现场使用经验对测温数据简要分析，探讨红外测温设备在变电巡视中的应用及发现缺陷的情况。
1、红外线测温的原理
自然界一切温度高于绝对零度（-273.15℃）的物体，由于分子的热运动，都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波，其辐射能量密度与物体本身的温度关系符合辐射定律。
组外辐射原理——辐射定律：
E=σε（T^4-To^4）
式中：E为辐射出射度，W/m3；σ为斯蒂芬—波尔兹曼常数，5.67×10-8W/（m2·K4）；ε为物体的辐射率；T为物体的温度，单位K；To为物体周围的环境温度，单位K。
测量出所发射的E，就可得出温度。红外热成像仪（热成像仪或红外热成像仪）通过非接触探测红外能量（热量），并将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值，并可以对温度值进行计算
2、红外测温的分类
2.1红外测温仪
红外测温仪的测温原理是将物体（如钢水）发射的红外线具有的辐射能转变成电信号，红外线辐射能的大小与物体（如钢水）本身的温度相对应，根据转变成电信号大小，可以确定物体（如钢水）的温度。
红外测温仪技术在生产过程中，在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。比起接触式测温方法，红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。非接触红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列，并备有各种选件和计算机软件，每一系列中又有各种型号及规格。测温枪是一种在线监测（不停电）式高科技检测技术，它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身，通过接收物体发出的红外线（红外辐射），将其热像显示在荧光屏上，从而准确判断物体表面的温度分布情况，具有准确、实时、快速等优点。
2.2红外成像仪
红外热成像仪，可以以“面”的形式对目标整体实时成像，使操作者通过屏幕显示的图像色彩和热点追踪显示功能就能初步判断发热情况和故障部位，然后加以后续分析，从而高效率、高准确率地确认问题所在。任何物体由于其自身分子的运动，不停地向外辐射红外热能，从而在物体表面形成一定的温度场，俗称“热像”。红外诊断技术正是通过吸收这种红外辐射能量，测出设备表面的温度及温度场的分布，从而判断设备发热情况。像红外热电视、红外热像仪等设备利用热成像技术将这种看不见的“热像”转变成可见光图像，使测试效果直观，灵敏度高，能检测出设备细微的热状态变化，准确反映设备内部、外部的发热情况，可靠性高，对发现设备隐患非常有效。
3、检测结果的分析处理
3.1运行状态的影响与对策
电气设备故障无论是电流效应引起的发热故障（导电回路故障），发热功率与负荷电流值的平方成正比。电压效应引起的发热故障（绝缘介质故障），发热功率与运行电压的平方成正比。因此，设备的工作电压和负荷电流的大小，将直接影响到红外检测与故障诊断的效果。泄漏电流的增大，能造成高压设备部分电压不均匀。如果没有加载运行或者负荷很低，则会使设备故障发热不明显，即使存在较严重的故障，也不可能因特征性热异常的形式暴露出来。只有当设备在额定电压下运行，而且负荷越大时，发热及温升才越严重，故障点的特征性热异常也暴露得越明显。因此在进行红外检测时，为了能够取得可靠的检测效果，要尽量保证设备在额定电压和满负荷下运行，即使不能做到连续满负荷運行，也应编制一个运行方案，以便在检测前和检测过程中，能让设备满负荷运行一段时间（如4～6h），使设备故障部位有足够的发热时间，并保证其表面达到稳定温升。由于电气设备故障红外诊断时，故障判断标准往往是以设备在额定电流时的温升为依据，因此当检测时实际运行电流小于额定电流时，应该是现场实际测量的设备故障点温升换算为额定电流的温升。
3.2设备表面发射率的影响与对策
任何红外测量仪器都是通过测量电气设备表面红外辐射功率，来获得设备温度信息的。并且在红外诊断仪器接收来自目标红外辐射功率相同的情况下，因目标的表面发射率不同，将会得到不同的检测结果。也就是说，相同辐射功率，发射率越低，就会显示越高的温度。因物体表面发射率主要决定于材料性质和表面状态（如表面氧化情况，涂层材料，粗糙程度及污秽状态等）。因此为了应用红外热像仪器准确地测量电气设备温度，必须要知道受检目标的发射率值，并将该值作为计算温度的重要参数输入计算机或者调整红外测量仪的ε修正值，以便对所测量的温度输出值进行发射率修正。消除发射率对检测结果影响的另外两种对策措施是：当使用红外热像仪进行测量时，要对发射进行修正，查出被测设备部件表面的发射率值进行发射率修正，从而获得可靠的测温结果，提高检测的可靠性；对于红外检测的故障频发设备部件，为使检测结果具有良好的可比性，可以运用敷涂适当漆料的方法来增大和稳定其发射率值，以便获得被测设备表面的真实温度。
3.3大气衰减的影响与对策
由于受检电气设备表面红外辐射能量，是经大气传输到红外检测仪器里的，这就会受到大气组合中的水蒸汽、二氧化碳、一氧化碳等气体分子的吸收衰减和空气中悬浮微粒的散射而衰减，设备辐射能量传输的衰减随着检测仪器到被测设备之间的距离，降低了被测设备辐射的透过率，所以其衰减是随距离的增大而增加，降低受检设备故障部位与正常部位的辐射对比度，也会因为红外仪器接收到的目标能量减少，使得仪器显示出来的温度低于被测故障点的实际温度值，从而造成漏检或误诊断。尤其对于检测温升较低的设备故障时，这是很不利的。检测距离增大，大气组合的影响将会越来越大。而且又要获得目标温度准确性，必须采取如下对策：尽量选择在环境大气比较干燥、洁净的时节进行检测；在不影响安全的条件下尽可能缩短检测距离，还要对温度测量结果进行合理的距离修正，以便测得实际温度值。
3.4气象条件的影响与对策
不良的气象环境（雨、雪、雾及大风力等），会对设备温度检测带来不利的影响，往往会给出虚假的故障现象。为了减少气象条件的影响，尽量在无雨、无雾、无风和环境温度较稳定的夜晚进行检测。
参考文献
[1]电力部热工研究院.高压电气设备内外部故障的在线红外成像诊断与温度管理研究.
[2]现代电子技术2007
[3]DL/T664-2008《带电设备红外诊断应用规范》[S].
[4]各类设备带电D类（红外测温）状态检修作业指导书[S].
[关键词]红外测温；电气设备；发热故障；电网安全
红外诊断技术对电气设备的早期故障缺陷及绝缘性能做出可靠的预测，使传统电气设备的预防性试验维修（预防试验是50年代引进前苏联的标准）提高到预知状态检修，这也是现代电力企业发展的方向。本文通过对220kV及以下变电站Flira-series热成像仪的测温使用和现场使用经验对测温数据简要分析，探讨红外测温设备在变电巡视中的应用及发现缺陷的情况。
1、红外线测温的原理
自然界一切温度高于绝对零度（-273.15℃）的物体，由于分子的热运动，都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波，其辐射能量密度与物体本身的温度关系符合辐射定律。
组外辐射原理——辐射定律：
E=σε（T^4-To^4）
式中：E为辐射出射度，W/m3；σ为斯蒂芬—波尔兹曼常数，5.67×10-8W/（m2·K4）；ε为物体的辐射率；T为物体的温度，单位K；To为物体周围的环境温度，单位K。
测量出所发射的E，就可得出温度。红外热成像仪（热成像仪或红外热成像仪）通过非接触探测红外能量（热量），并将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值，并可以对温度值进行计算
2、红外测温的分类
2.1红外测温仪
红外测温仪的测温原理是将物体（如钢水）发射的红外线具有的辐射能转变成电信号，红外线辐射能的大小与物体（如钢水）本身的温度相对应，根据转变成电信号大小，可以确定物体（如钢水）的温度。
红外测温仪技术在生产过程中，在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。比起接触式测温方法，红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。非接触红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列，并备有各种选件和计算机软件，每一系列中又有各种型号及规格。测温枪是一种在线监测（不停电）式高科技检测技术，它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身，通过接收物体发出的红外线（红外辐射），将其热像显示在荧光屏上，从而准确判断物体表面的温度分布情况，具有准确、实时、快速等优点。
2.2红外成像仪
红外热成像仪，可以以“面”的形式对目标整体实时成像，使操作者通过屏幕显示的图像色彩和热点追踪显示功能就能初步判断发热情况和故障部位，然后加以后续分析，从而高效率、高准确率地确认问题所在。任何物体由于其自身分子的运动，不停地向外辐射红外热能，从而在物体表面形成一定的温度场，俗称“热像”。红外诊断技术正是通过吸收这种红外辐射能量，测出设备表面的温度及温度场的分布，从而判断设备发热情况。像红外热电视、红外热像仪等设备利用热成像技术将这种看不见的“热像”转变成可见光图像，使测试效果直观，灵敏度高，能检测出设备细微的热状态变化，准确反映设备内部、外部的发热情况，可靠性高，对发现设备隐患非常有效。
3、检测结果的分析处理
3.1运行状态的影响与对策
电气设备故障无论是电流效应引起的发热故障（导电回路故障），发热功率与负荷电流值的平方成正比。电压效应引起的发热故障（绝缘介质故障），发热功率与运行电压的平方成正比。因此，设备的工作电压和负荷电流的大小，将直接影响到红外检测与故障诊断的效果。泄漏电流的增大，能造成高压设备部分电压不均匀。如果没有加载运行或者负荷很低，则会使设备故障发热不明显，即使存在较严重的故障，也不可能因特征性热异常的形式暴露出来。只有当设备在额定电压下运行，而且负荷越大时，发热及温升才越严重，故障点的特征性热异常也暴露得越明显。因此在进行红外检测时，为了能够取得可靠的检测效果，要尽量保证设备在额定电压和满负荷下运行，即使不能做到连续满负荷運行，也应编制一个运行方案，以便在检测前和检测过程中，能让设备满负荷运行一段时间（如4～6h），使设备故障部位有足够的发热时间，并保证其表面达到稳定温升。由于电气设备故障红外诊断时，故障判断标准往往是以设备在额定电流时的温升为依据，因此当检测时实际运行电流小于额定电流时，应该是现场实际测量的设备故障点温升换算为额定电流的温升。
3.2设备表面发射率的影响与对策
任何红外测量仪器都是通过测量电气设备表面红外辐射功率，来获得设备温度信息的。并且在红外诊断仪器接收来自目标红外辐射功率相同的情况下，因目标的表面发射率不同，将会得到不同的检测结果。也就是说，相同辐射功率，发射率越低，就会显示越高的温度。因物体表面发射率主要决定于材料性质和表面状态（如表面氧化情况，涂层材料，粗糙程度及污秽状态等）。因此为了应用红外热像仪器准确地测量电气设备温度，必须要知道受检目标的发射率值，并将该值作为计算温度的重要参数输入计算机或者调整红外测量仪的ε修正值，以便对所测量的温度输出值进行发射率修正。消除发射率对检测结果影响的另外两种对策措施是：当使用红外热像仪进行测量时，要对发射进行修正，查出被测设备部件表面的发射率值进行发射率修正，从而获得可靠的测温结果，提高检测的可靠性；对于红外检测的故障频发设备部件，为使检测结果具有良好的可比性，可以运用敷涂适当漆料的方法来增大和稳定其发射率值，以便获得被测设备表面的真实温度。
3.3大气衰减的影响与对策
由于受检电气设备表面红外辐射能量，是经大气传输到红外检测仪器里的，这就会受到大气组合中的水蒸汽、二氧化碳、一氧化碳等气体分子的吸收衰减和空气中悬浮微粒的散射而衰减，设备辐射能量传输的衰减随着检测仪器到被测设备之间的距离，降低了被测设备辐射的透过率，所以其衰减是随距离的增大而增加，降低受检设备故障部位与正常部位的辐射对比度，也会因为红外仪器接收到的目标能量减少，使得仪器显示出来的温度低于被测故障点的实际温度值，从而造成漏检或误诊断。尤其对于检测温升较低的设备故障时，这是很不利的。检测距离增大，大气组合的影响将会越来越大。而且又要获得目标温度准确性，必须采取如下对策：尽量选择在环境大气比较干燥、洁净的时节进行检测；在不影响安全的条件下尽可能缩短检测距离，还要对温度测量结果进行合理的距离修正，以便测得实际温度值。
3.4气象条件的影响与对策
不良的气象环境（雨、雪、雾及大风力等），会对设备温度检测带来不利的影响，往往会给出虚假的故障现象。为了减少气象条件的影响，尽量在无雨、无雾、无风和环境温度较稳定的夜晚进行检测。
参考文献
[1]电力部热工研究院.高压电气设备内外部故障的在线红外成像诊断与温度管理研究.
[2]现代电子技术2007
[3]DL/T664-2008《带电设备红外诊断应用规范》[S].
[4]各类设备带电D类（红外测温）状态检修作业指导书[S].