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【摘 要】红外成像技术越来越多地应用于诊断电气设备和线路设备的热缺陷，对及时发现和预防因电气设备发热引发的重大事故起到了提前预判作用。从红外成像原理、对电气设备红外诊断方法进行了分析，以实例对红外成像技术在检测电气设备热缺陷中的应用进行了说明，旨在提高对电气设备热缺陷判定和定性的准确性，以保证电气设备及电网的安全稳定运行。
【关键词】红外成像技术 电气设备 热缺陷
电气设备的红外成像诊断具有远距离、不接触、准确快速的特点，在不停电的情况下能快速有效地发现和诊断运行中电气设备的事故隐患和故障先兆，减少和避免电气设备因过热故障而引发的突发性设备事故。
1 红外成像原理
由黑体辐射理论可知，任何温度高于绝对零度的物体表面都会自发地、连续不断地辐射红外线。红外成像运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号，将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形，并可以进一步计算出温度值。
2 诊断方法
2.1表面温度判断法。根据测得的设备表面温度值，对照GB763-90中的有关规定进行诊断，凡温度或温升超过标准者可根据设备温度超标的程度、设备负荷率的大小、设备重要性以及设备承受机械应力的大小来确定设备的缺陷性质。
2.2相对温差判断法。为排除负荷及环境温度不同对红外诊断结果的影响，当环境温度较低而负荷电流较小的情况下，设备的温度并没有超过GB763-90中的有关规定，但大量的事实证明此时的温度值并不能说明设备没有缺陷或故障存在，往往在负荷增加或环境温度上升后，就会引发设备事故。因此，用相对温差法对电流型设备故障判断更为科学。
相对温差是指设备基本情况（包括设备型号规范、安装地点、表面状态、负荷电流或所加电压的有效值）相同的两个对应测量点之间的温差与其中较热点温升的比值的百分数。相对温差的数学表达式为：δt=（τ1-τ2）/τ1×100% （1）式中，τ1为温度较高的测点的温升值，单位为K，τ2为正常相设备对应点的温升值，单位为K，一般当δt≥35%时 ，就可以诊断该设备存在缺陷，应加强监视，必要时安排计划检修。
同类设备在相同环境下的散热条件是相似的，电力系统的三相电流是基本对称的，根据研究表明，相对温差与回路电阻的相对偏差 δτ基本一致，即：δt=（τ1-τ2）/τ1×100%≈（R1-R2）/R1×100%=δτ （2）
因此，设备两个测点的相对温差，可近似看作两测点回路电阻的相对偏差，即两个对应测点的相对温差与其回路电阻的相对偏差有较好的相关性。
在正常情况下，正常相回路电阻R与厂家的规定值或新安装时的测量值是比较接近的，根据（2）式可求出：R1≈R2/（1-δt） （3）
由（3）式可知，测出了发热点相对温差值，就等于测出了它的接触电阻的大概值。
2.3同类比较法。同类比较法是指在同类设备之间进行比较，所谓“同类”设备的含义就是指同一回路同型设备和同一设备的三相，即它们的工况、环境温度及背景热噪音相同可比时的同型设备，通常也称作“纵向比较”和“横向比较”。在进行同类比较时，要注意不能排除有三相设备同时产生热故障的可能性，虽然这种情况出现的几率相当低。此法使用范围广，包括电流型和电压型设备，包括对内、外设备故障的诊断。
2.4热谱图分析法。根据同类设备在正常和异常状态下的热谱图的差异来判断设备是否异常。该方法一般根据经验进行判断，通常将热谱图分析法与表面温度判断法、相对温差判别法结合起来进行判断。
2.5档案分析法。分析同一设备在不同时期的检测数据， 如温升、相对温差和热谱图，找出设备致热参数的变化趋势和变化速率，以判断设备是否正常。同时还应参考其他检测结果，如色谱及tgδ等的变化情况以及进行综合判断。档案分析法更有利于对重要的、结构复杂的设备进行正确判断。
3 红外测试时应注意的问题
3.1在室外测温时，对一般的红外成像仪应选择比较干燥的天气时进行，空气湿度不宜大于85%。
3.2一般宜在日出之前、日落之后或阴天进行红外测温，对于室内检测宜闭灯进行，被检测设备应避免灯光直射。
3.3一般宜在无风或风力很小的时候进行红外测温，一般风速不宜超过0.5m/s。
3.4一般情况下应对全部设备一年检测一次，重要枢纽站、重负荷站及运行环境恶劣或设备老化的变电站可适当缩短检测周期。
4 诊断实例
2008年5月12日四川汶川大地震后，成都地区某 500kV变电站进行地震后测温，发现220kV蜀鱼一线265开关CT（A相）连接片发热，温度为152℃。当时，220kV蜀鱼一线265开关负荷为549A，265开关CTB、C相相同部位温度为32℃，环境温度为25℃。根据（1）式计算出相对温差：δt=（152-32）/152×100%=78.95% （4）
根据（3）式计算出发热点与正常点的电阻比：R1/R2=（1-δτ ）=4.75 （5）
可见发热点的电阻是正常点电阻的4.75倍，是导致设备发热的主要原因。经检修人员检查，发现是220kV蜀鱼一线265开关CT（A相）连接片螺丝松动，证实了接触电阻增大发热的原因。经紧固螺丝后恢复正常，该线路恢复送电后，经跟踪测温未见异常。
5 结束语
红外成像技术通过对设备的表面进行红外扫描测温来进行监测与诊断，仍具有一定的局限性，其诊断的正确与否与测试人员对电气设备内部结构和工作原理的掌握程度有密切关系。只有提高测试人员的素质，不断积累经验，从设备的热图谱出发结合其他测试数据综合判断设备的故障及类别，才能使红外成像技术更好地为电网的安全稳定运行服务。
参考文献：
[1]中华人民共和国机械电子工业部，《GB763—90交流高压电器在长期工作时的发热》，机械工业出版社.
[2]邸旭、杨进华，《微光与红外成像技术》，机械工业出版社.
【关键词】红外成像技术 电气设备 热缺陷
电气设备的红外成像诊断具有远距离、不接触、准确快速的特点，在不停电的情况下能快速有效地发现和诊断运行中电气设备的事故隐患和故障先兆，减少和避免电气设备因过热故障而引发的突发性设备事故。
1 红外成像原理
由黑体辐射理论可知，任何温度高于绝对零度的物体表面都会自发地、连续不断地辐射红外线。红外成像运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号，将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形，并可以进一步计算出温度值。
2 诊断方法
2.1表面温度判断法。根据测得的设备表面温度值，对照GB763-90中的有关规定进行诊断，凡温度或温升超过标准者可根据设备温度超标的程度、设备负荷率的大小、设备重要性以及设备承受机械应力的大小来确定设备的缺陷性质。
2.2相对温差判断法。为排除负荷及环境温度不同对红外诊断结果的影响，当环境温度较低而负荷电流较小的情况下，设备的温度并没有超过GB763-90中的有关规定，但大量的事实证明此时的温度值并不能说明设备没有缺陷或故障存在，往往在负荷增加或环境温度上升后，就会引发设备事故。因此，用相对温差法对电流型设备故障判断更为科学。
相对温差是指设备基本情况（包括设备型号规范、安装地点、表面状态、负荷电流或所加电压的有效值）相同的两个对应测量点之间的温差与其中较热点温升的比值的百分数。相对温差的数学表达式为：δt=（τ1-τ2）/τ1×100% （1）式中，τ1为温度较高的测点的温升值，单位为K，τ2为正常相设备对应点的温升值，单位为K，一般当δt≥35%时 ，就可以诊断该设备存在缺陷，应加强监视，必要时安排计划检修。
同类设备在相同环境下的散热条件是相似的，电力系统的三相电流是基本对称的，根据研究表明，相对温差与回路电阻的相对偏差 δτ基本一致，即：δt=（τ1-τ2）/τ1×100%≈（R1-R2）/R1×100%=δτ （2）
因此，设备两个测点的相对温差，可近似看作两测点回路电阻的相对偏差，即两个对应测点的相对温差与其回路电阻的相对偏差有较好的相关性。
在正常情况下，正常相回路电阻R与厂家的规定值或新安装时的测量值是比较接近的，根据（2）式可求出：R1≈R2/（1-δt） （3）
由（3）式可知，测出了发热点相对温差值，就等于测出了它的接触电阻的大概值。
2.3同类比较法。同类比较法是指在同类设备之间进行比较，所谓“同类”设备的含义就是指同一回路同型设备和同一设备的三相，即它们的工况、环境温度及背景热噪音相同可比时的同型设备，通常也称作“纵向比较”和“横向比较”。在进行同类比较时，要注意不能排除有三相设备同时产生热故障的可能性，虽然这种情况出现的几率相当低。此法使用范围广，包括电流型和电压型设备，包括对内、外设备故障的诊断。
2.4热谱图分析法。根据同类设备在正常和异常状态下的热谱图的差异来判断设备是否异常。该方法一般根据经验进行判断，通常将热谱图分析法与表面温度判断法、相对温差判别法结合起来进行判断。
2.5档案分析法。分析同一设备在不同时期的检测数据， 如温升、相对温差和热谱图，找出设备致热参数的变化趋势和变化速率，以判断设备是否正常。同时还应参考其他检测结果，如色谱及tgδ等的变化情况以及进行综合判断。档案分析法更有利于对重要的、结构复杂的设备进行正确判断。
3 红外测试时应注意的问题
3.1在室外测温时，对一般的红外成像仪应选择比较干燥的天气时进行，空气湿度不宜大于85%。
3.2一般宜在日出之前、日落之后或阴天进行红外测温，对于室内检测宜闭灯进行，被检测设备应避免灯光直射。
3.3一般宜在无风或风力很小的时候进行红外测温，一般风速不宜超过0.5m/s。
3.4一般情况下应对全部设备一年检测一次，重要枢纽站、重负荷站及运行环境恶劣或设备老化的变电站可适当缩短检测周期。
4 诊断实例
2008年5月12日四川汶川大地震后，成都地区某 500kV变电站进行地震后测温，发现220kV蜀鱼一线265开关CT（A相）连接片发热，温度为152℃。当时，220kV蜀鱼一线265开关负荷为549A，265开关CTB、C相相同部位温度为32℃，环境温度为25℃。根据（1）式计算出相对温差：δt=（152-32）/152×100%=78.95% （4）
根据（3）式计算出发热点与正常点的电阻比：R1/R2=（1-δτ ）=4.75 （5）
可见发热点的电阻是正常点电阻的4.75倍，是导致设备发热的主要原因。经检修人员检查，发现是220kV蜀鱼一线265开关CT（A相）连接片螺丝松动，证实了接触电阻增大发热的原因。经紧固螺丝后恢复正常，该线路恢复送电后，经跟踪测温未见异常。
5 结束语
红外成像技术通过对设备的表面进行红外扫描测温来进行监测与诊断，仍具有一定的局限性，其诊断的正确与否与测试人员对电气设备内部结构和工作原理的掌握程度有密切关系。只有提高测试人员的素质，不断积累经验，从设备的热图谱出发结合其他测试数据综合判断设备的故障及类别，才能使红外成像技术更好地为电网的安全稳定运行服务。
参考文献：
[1]中华人民共和国机械电子工业部，《GB763—90交流高压电器在长期工作时的发热》，机械工业出版社.
[2]邸旭、杨进华，《微光与红外成像技术》，机械工业出版社.