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广西南南铝箔有限责任公司 广西南宁 530031
摘要：电气设备的维护随着科技的发展，其要求与标准也越来越高。红外测温设备由于能够对电气设备的早期缺陷做出可靠的预测，而越来越受到人们的青睐。本文结合红外测温设备的相关原理，探讨了其在电气设备维护中的应用。
关键词：红外测温设备；电气设备维护；应用探讨
前言
只要表面发出的红外辐射不受阻挡，都属于红外诊断技术的有效监测设备，例如，互感器、电力电容器、电力电缆、组合电器、低压电器及二次回路等。在电力系统中，输电电缆的接头发热是电力设备中的一个主要问题。如为了防止过热造成停电事故，需用大量人力手工测量接头或导线的电阻比。不仅劳动强度大，而且作业危险。利用红外温度测量仪则只需手持仪器对着导线接头直接测量，几分钟即可完成检查工作。此外电气部件的故障是逐渐恶化的，在此过程中往往伴随着温度的升高，根据所测温度及电气设备的特点，可以判断该设备是否已经变坏，并可做出趋势分析。
1.红外测温系统的结构及工作原理
红外测温仪的工作原理红外系统本质上是一个用于接收波长为0.75～1000电磁辐射的光学-电子系统，其基本功能是将接收到的红外辐射转换成为电信号并用于实现某种实际应用。红外测温仪则是通过接收被测物体的辐射能来确定物体温度，且仅能给出物体的表面温度。与接触式温度测试装置相比，红外测温仪具有诸多优点：①无需与被测物体接触，可远距离测量；②响应速率快，时间在毫秒甚至微秒数量级；③灵敏度高；④测温范围宽。由于被测对象、测温范围、应用场合不同，红外测温仪的外观设计和内部构造有所差异，但基本结构相似。如图1所示，整个系统主要由光学系统、探测器、信号处理电路及显示终端等组成。基本工作原理是：光学系统汇聚视场内的目标红外辐射能量，视场大小则由光学零件及位置确定；红外能量聚焦在光电探测器上并转化为相应的电信号；信号经放大器和信号处理电路校正后再转化为被测目标的温度值；测温仪上的激光仅用于瞄准目标。
图1红外测温系统结构
2.红外测温设备在电气设备维护中的应用探讨
2.1红外热像仪
红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统（目前先进的焦平面技术则省去了光机扫描系统）接收被测目标的红外辐射能量分布图形并反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之问，有一个光机扫描机构（焦平面热像仪无此机构）对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图。这种热像图与物体表面的热分布场相对应；实质上是被测目标物体各部分红外辐射的热像分布图。由于信号非常弱，与可见光图像相比，缺少层次和立体感，因此，在实际动作过程中为更有效地判断被测目标的红外热分布场，常采用一些辅助措施来增加仪器的实用功能，如图像亮度、对比度的控制，实标校正，伪色彩描绘等技术[1]。
如我国某变电站用红外热像仪检测一台SW2-220Ⅱ型少油断路器时，它的A相南柱北断口整个上帽发热，温度为87℃，而正常相的相同部位仅为19℃，环境温度为17℃。从热像分析，高温区处于上帽下部，即静触头所在部位，而上帽外部的接头处温度较低，从而确诊上帽过热系由其内部接触不良引起。从内部结构分析发热的部位是三个电气连接，即上帽与支持座之间、支持座与静触头之间，动静触头之间三处。根据传热途径分析，三处热源造成的温度场是有差异的，前者温度场不均匀度明显，后两者则比较均匀。上帽温升值为70℃，温度高于正常相68℃，属于严重的内部过热故障，故建议立即停电检修。检修前测得该相断口接触电阻是6550，而正常值为126。解体后可见灭弧室玻璃钢筒上部因过热而变黑，支持座与静触头上部电气连接面已被严重碳化发黑的油污所覆盖，清除油污后可清楚见到动静触头的两接触面均被烧蚀，估计此处温度已超过500℃。断口的其他电气连接部位未发现过热痕迹。这次红外诊断避免了一起可能发生的断路器爆炸的严重事故。
2.2红外点温仪
红外点温仪（或测温仪）是依据待测目标的红外辐射能量与其温度具有固定函数关系而制成的，其原理如图2所示，它主要由四部分组成。其中红外光学系统是收集待测目标發射的红外辐射能量，并把它们汇聚到红外探测器的光敏面上；红外探测器是决定点温仪性能的关键部件；信号处理系统的主要作用是放大、抑制噪声、线性化处理、发射率修正、环境温度补偿、A/D和D/A转换及根据要求输出信号等。若与微机结合则可实现智能化测温功能。显示系统可选用发光二极管、数码管和液晶等数字显示器件。
图2红外点温仪原理框图
如华北电网某供电公司文安变电站检出3号电流互感器C相电源侧接头温度为87℃，怀疑是接触不良造成过热，经处理后复测该接头温度仍达86℃，说明没有查到故障源。故决定采用红外点温仪进行人工扫描检测，找出最热点在一次引出线的根部，诊断为内部故障引起发热。经解体检查，见其内部接头已烧损，油已变成黑色。
又如某电厂380V厂用电设备采用红外点温仪普测，环境温度14℃，检出0号变压器的隔离开关A相刀闸嘴温度高达209℃。B相和C相分别为102℃和97℃；而同一回路的另一台同型号隔离开关的相应部位温度仅为48.5℃和42℃。在相同负荷下，相同型号的设备采用同类比较法诊断，说明前述隔离开关三相均存在缺陷，而A相最严重，目测可见该过热刀闸嘴已呈黑色，人站在绝缘垫上用手触摸时感到高热而不能接触。当时决定立即采用1号变压器带1号发电机，将0号变压器停电以便处理故障，从而使机组的安全运行得到保证[2]。
3.红外点温仪与热像仪的配合应用
某局变电工区用红外点温仪检测出一台空气开关的触头温度高达93℃，为进一步细查，又采用热像仪检测，发现了静触头端部温升最高已达118℃，最后仍用便携的红外点温仪监测呈最高温度的静触头端部，并采取措施在减少停电和保证设备安全的前提下，完成了缺陷处理。
某钢厂自备电厂中，一台专为高炉供风的电动机（YK2500-2/1180，2500kW）发生超温故障，经检查分析判断为定子铁心有问题。若由电动机制造厂修复，则需返厂大修，不仅费用高，且检修周期长；又因无备用电机，这样的检修必将严重影响高炉和全公司的生产。为此决定采用红外点温仪和红外热像仪联合检测的方法确定故障源，方法和过程如下：①将电动机轴芯拆卸，用模拟升温的方法将定子感应加热；②用红外点温仪和红外热像仪配合测量温度，迅速准确地描绘出定子铁心的热分布图；③根据铁心的热分布图确定了故障部位，并作了现场标定；④确定检修方案，经过三天时问的小修就完全排除了故障[3]。
4.结语
尽管电气事故危害如此严重，但并非不能预防。电气事故引起断电、起火也有其规律可循。当电气线路发生故障时，通常首先表现为导体过热、阻抗增大。若导体过热达到临界温度，则会导致绝缘层起火或引燃周围可燃物体。从导体异常发热到引燃有一个发生发展阶段，称为隐患潜伏期。如果能在潜伏期内找出电气隐患并予以整改，就可以有效地避免电气事故及电气火灾的发生。同时对电气设备的热状态进行监测也是至关重要的。红外测温设备运用红外非接触测温技术恰好满足了电气设备在高电压、大电流、高速旋转等运行状态下的监测温度的要求。经验证明，红外测温设备在准确判断电气设备故障、有效降低维修费用和保证安全可靠供电方面有着良好的效益，已广泛地应用于电气设备的状态监测。
参考文献：
[1]阙小生，陈德兴.红外测温技术在超高压电网中的应用与探讨[J].应用科技.2013（04）.
[2]刘方，周耀显，张予洛.红外测温技术在电容式电压互感器故障判断中的应用[J].电力电容器与无功补偿.2014（01）.
[3]刘俊慧.远红外测温在电气设备上的应用[J].黑龙江科技信息.2013（01）.
作者简介：
韦建均（1984.10—），男（壮族），广西南宁人，助理工程师，本科，从电气设备维护方面的工作。
摘要：电气设备的维护随着科技的发展，其要求与标准也越来越高。红外测温设备由于能够对电气设备的早期缺陷做出可靠的预测，而越来越受到人们的青睐。本文结合红外测温设备的相关原理，探讨了其在电气设备维护中的应用。
关键词：红外测温设备；电气设备维护；应用探讨
前言
只要表面发出的红外辐射不受阻挡，都属于红外诊断技术的有效监测设备，例如，互感器、电力电容器、电力电缆、组合电器、低压电器及二次回路等。在电力系统中，输电电缆的接头发热是电力设备中的一个主要问题。如为了防止过热造成停电事故，需用大量人力手工测量接头或导线的电阻比。不仅劳动强度大，而且作业危险。利用红外温度测量仪则只需手持仪器对着导线接头直接测量，几分钟即可完成检查工作。此外电气部件的故障是逐渐恶化的，在此过程中往往伴随着温度的升高，根据所测温度及电气设备的特点，可以判断该设备是否已经变坏，并可做出趋势分析。
1.红外测温系统的结构及工作原理
红外测温仪的工作原理红外系统本质上是一个用于接收波长为0.75～1000电磁辐射的光学-电子系统，其基本功能是将接收到的红外辐射转换成为电信号并用于实现某种实际应用。红外测温仪则是通过接收被测物体的辐射能来确定物体温度，且仅能给出物体的表面温度。与接触式温度测试装置相比，红外测温仪具有诸多优点：①无需与被测物体接触，可远距离测量；②响应速率快，时间在毫秒甚至微秒数量级；③灵敏度高；④测温范围宽。由于被测对象、测温范围、应用场合不同，红外测温仪的外观设计和内部构造有所差异，但基本结构相似。如图1所示，整个系统主要由光学系统、探测器、信号处理电路及显示终端等组成。基本工作原理是：光学系统汇聚视场内的目标红外辐射能量，视场大小则由光学零件及位置确定；红外能量聚焦在光电探测器上并转化为相应的电信号；信号经放大器和信号处理电路校正后再转化为被测目标的温度值；测温仪上的激光仅用于瞄准目标。
图1红外测温系统结构
2.红外测温设备在电气设备维护中的应用探讨
2.1红外热像仪
红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统（目前先进的焦平面技术则省去了光机扫描系统）接收被测目标的红外辐射能量分布图形并反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之问，有一个光机扫描机构（焦平面热像仪无此机构）对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图。这种热像图与物体表面的热分布场相对应；实质上是被测目标物体各部分红外辐射的热像分布图。由于信号非常弱，与可见光图像相比，缺少层次和立体感，因此，在实际动作过程中为更有效地判断被测目标的红外热分布场，常采用一些辅助措施来增加仪器的实用功能，如图像亮度、对比度的控制，实标校正，伪色彩描绘等技术[1]。
如我国某变电站用红外热像仪检测一台SW2-220Ⅱ型少油断路器时，它的A相南柱北断口整个上帽发热，温度为87℃，而正常相的相同部位仅为19℃，环境温度为17℃。从热像分析，高温区处于上帽下部，即静触头所在部位，而上帽外部的接头处温度较低，从而确诊上帽过热系由其内部接触不良引起。从内部结构分析发热的部位是三个电气连接，即上帽与支持座之间、支持座与静触头之间，动静触头之间三处。根据传热途径分析，三处热源造成的温度场是有差异的，前者温度场不均匀度明显，后两者则比较均匀。上帽温升值为70℃，温度高于正常相68℃，属于严重的内部过热故障，故建议立即停电检修。检修前测得该相断口接触电阻是6550，而正常值为126。解体后可见灭弧室玻璃钢筒上部因过热而变黑，支持座与静触头上部电气连接面已被严重碳化发黑的油污所覆盖，清除油污后可清楚见到动静触头的两接触面均被烧蚀，估计此处温度已超过500℃。断口的其他电气连接部位未发现过热痕迹。这次红外诊断避免了一起可能发生的断路器爆炸的严重事故。
2.2红外点温仪
红外点温仪（或测温仪）是依据待测目标的红外辐射能量与其温度具有固定函数关系而制成的，其原理如图2所示，它主要由四部分组成。其中红外光学系统是收集待测目标發射的红外辐射能量，并把它们汇聚到红外探测器的光敏面上；红外探测器是决定点温仪性能的关键部件；信号处理系统的主要作用是放大、抑制噪声、线性化处理、发射率修正、环境温度补偿、A/D和D/A转换及根据要求输出信号等。若与微机结合则可实现智能化测温功能。显示系统可选用发光二极管、数码管和液晶等数字显示器件。
图2红外点温仪原理框图
如华北电网某供电公司文安变电站检出3号电流互感器C相电源侧接头温度为87℃，怀疑是接触不良造成过热，经处理后复测该接头温度仍达86℃，说明没有查到故障源。故决定采用红外点温仪进行人工扫描检测，找出最热点在一次引出线的根部，诊断为内部故障引起发热。经解体检查，见其内部接头已烧损，油已变成黑色。
又如某电厂380V厂用电设备采用红外点温仪普测，环境温度14℃，检出0号变压器的隔离开关A相刀闸嘴温度高达209℃。B相和C相分别为102℃和97℃；而同一回路的另一台同型号隔离开关的相应部位温度仅为48.5℃和42℃。在相同负荷下，相同型号的设备采用同类比较法诊断，说明前述隔离开关三相均存在缺陷，而A相最严重，目测可见该过热刀闸嘴已呈黑色，人站在绝缘垫上用手触摸时感到高热而不能接触。当时决定立即采用1号变压器带1号发电机，将0号变压器停电以便处理故障，从而使机组的安全运行得到保证[2]。
3.红外点温仪与热像仪的配合应用
某局变电工区用红外点温仪检测出一台空气开关的触头温度高达93℃，为进一步细查，又采用热像仪检测，发现了静触头端部温升最高已达118℃，最后仍用便携的红外点温仪监测呈最高温度的静触头端部，并采取措施在减少停电和保证设备安全的前提下，完成了缺陷处理。
某钢厂自备电厂中，一台专为高炉供风的电动机（YK2500-2/1180，2500kW）发生超温故障，经检查分析判断为定子铁心有问题。若由电动机制造厂修复，则需返厂大修，不仅费用高，且检修周期长；又因无备用电机，这样的检修必将严重影响高炉和全公司的生产。为此决定采用红外点温仪和红外热像仪联合检测的方法确定故障源，方法和过程如下：①将电动机轴芯拆卸，用模拟升温的方法将定子感应加热；②用红外点温仪和红外热像仪配合测量温度，迅速准确地描绘出定子铁心的热分布图；③根据铁心的热分布图确定了故障部位，并作了现场标定；④确定检修方案，经过三天时问的小修就完全排除了故障[3]。
4.结语
尽管电气事故危害如此严重，但并非不能预防。电气事故引起断电、起火也有其规律可循。当电气线路发生故障时，通常首先表现为导体过热、阻抗增大。若导体过热达到临界温度，则会导致绝缘层起火或引燃周围可燃物体。从导体异常发热到引燃有一个发生发展阶段，称为隐患潜伏期。如果能在潜伏期内找出电气隐患并予以整改，就可以有效地避免电气事故及电气火灾的发生。同时对电气设备的热状态进行监测也是至关重要的。红外测温设备运用红外非接触测温技术恰好满足了电气设备在高电压、大电流、高速旋转等运行状态下的监测温度的要求。经验证明，红外测温设备在准确判断电气设备故障、有效降低维修费用和保证安全可靠供电方面有着良好的效益，已广泛地应用于电气设备的状态监测。
参考文献：
[1]阙小生，陈德兴.红外测温技术在超高压电网中的应用与探讨[J].应用科技.2013（04）.
[2]刘方，周耀显，张予洛.红外测温技术在电容式电压互感器故障判断中的应用[J].电力电容器与无功补偿.2014（01）.
[3]刘俊慧.远红外测温在电气设备上的应用[J].黑龙江科技信息.2013（01）.
作者简介：
韦建均（1984.10—），男（壮族），广西南宁人，助理工程师，本科，从电气设备维护方面的工作。