红外热成像技术在电力设备状态检修中的应用孙传宁

红外热成像技术在电力设备状态检修中的应用孙传宁

孙传宁杨宏池董继盼张赫刘景龙

（国网辽宁省电力有限公司盘锦供电公司辽宁盘锦124010）

摘要：红外成像技术是电力设备在线检测的一项行之有效的技术，它能及时有效地发现和诊断出运行电力设备的事故隐患和故障先兆，以便于采取合理、可靠的处理措施，减少或避免电力设备因过热故障而引发的突发性设备事故。红外热成像检测技术在电力工业中的推广应用，对于提高电气设备的可靠性和运行经济效益，降低维修成本都有很重要的意义。本文主要分析了红外热成像技术在电力设备状态检修中的应用策略。

关键词：红外热成像技术；电力设备；状态检修；应用

电力设备状态检测是电力设备管理中的重要内容，主要是通过各种检测方法尽早发现电力设备故障的早期表现，并准确判断电力设备故障部位以及情节严重程度，从而确定设备检修方法。这一工作对于设备检测技术提出了较高的要求。红外成像技术作为一种新兴技术，在电力设备运维工作中具有重要作用，该技术主要是以设备热量情况作为依据对状态运行状况进行判断，具有不停电、不接触、远程控制、高效快捷的优势，通过大量实践证实红外成像技术在于电力设备状态检测中具有较好的应用价值。笔者结合实际经验，从红外成像技术概述分析入手，对红外热成像技术在电力设备状态检修中的应用策略提出了几点思考。

1红外成像技术

红外成像技术主要是将被测设备的辐射转变为数值形式来反映物体红外辐射的大小。由于电能的测量较为便捷和精确，因此一般是采用将被测物体的红外辐射能转化为电能进行检测。目前电力设备检测中使用的红外成像设备主要包括红外测温仪、红外热电视、红外热像仪等设备，其中又以红外热像仪在电力设备实际检测中应用范围最为广阔。红外成像技术与其他电力设备故障诊断方法相比具有以下优点：（1）能够实现在线检测，无需接触设备、采样、解体设备、停运设备，仪器使用方法简单；（2）检测时间短、效率高，检测一个大型变电站仅需要花费数个小时；（3）能够直观的观察到故障所在部位以及故障严重程度；（4）可应用于多种不同类型的电力设备中，适用范围广；（5）检测结果的准确率高，提高电力设备状态检测的准确性，从而提升电力系统运行的稳定性。

2红外热像仪的工作原理

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省去了光机扫描系统）接受被测目标的红外辐射能量分布图形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间，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;与可见光图像相比，缺少层次和立体感。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。

被测物体辐射能量高低（温度大小）通过先进的红外探测器在仪器内部感应而形成热分布图像，能量辐射（温度）高的部分图像就亮，反之则稍暗。红外图像即是对温度灵敏的图像，红外图像的亮暗直接反应出物体温度的高低，两者成递增比例关系。凭借成像的明亮并配以两者递增比例关系公式计算，就能诊断出物体温度的高低，从而判断电力运行设备是否有缺陷问题。先进的工业检测型热像仪还具有测温功能。温度的测量系统分为2类:通过接触而测定温度的系统称为接触系统；利用物体的辐射能或电磁特性（不直接接触物体）来测量温度的系统称为非接触系统。红外测温仪器已成为现代工业生产中对带电设备、架空设备、高速运转设备进行温度监测的理想工具。

3红外测温技术的应用

3.1电力设备的外部故障

电力设备的外部故障是指裸露在设备外部的各部位发生的故障，可以直接从红外检测仪器的视场范围内监测到，很容易直观获得故障部位信息。

3.2电力设备的内部故障

这是指封闭在固体绝缘、油绝缘以及设备壳体内部的电气回路故障和绝缘介质劣化引起的故障。根据各种电气设备的内部结构和运行状态，依据传热学理论，分析金属导电回路、绝缘油和气体等引起的传导、对流，从电力设备外部显现的温度分布热像图，可以判断出的各种内部故障。

当电力设备故障以热状态表现出来，就要通过红外检测仪将被诊断设备的红外辐射信号转换为电信号，从而做出设备有无故障及故障属性、位置、严重程度的诊断判别。电气设备在工作的时候，由于电流、电压的作用，将产生以下3种主要来源的发热：（1）电阻损耗发热，当电流通过电阻时将产生热能，这是电流效应引起的发热，大量表现在载流电气设备中；（2）介质损耗发热，电气绝缘介质由于交变电场的作用，使介质极化方向不断改变而消耗电能并引起发热，这种发热为电压效应引起的发热；（3）铁损致热，当在励磁回路上施加工作电压时，由于铁心的磁滞、涡流而产生电能损耗并引起发热。

电力设备内部故障是由于存在局部放电、绝缘材料劣化和绝缘油受潮等原因引起的，设备温度的变化是反映整体电气性能和绝缘特性的变化。

4红外成像技术应用于电力设备状态检测中的注意事项

在实际检测过程中，为了能够保障红外成像技术检测结果的准确性与真实性，应当重点考虑以下几方面问题：

（1）气候状况：在温度较高的情况下，或是在强风、下雨或是大雾天气，是无法准确的到设备温度状况，因此可以考虑在多云、气温稳定的时候进行检测；

（2）测量时间：在同一气候情况下，清晨与傍晚相比，设备温度均比中午更加平稳，因此可以在早晨或傍晚进行检测[4]。但是对于通电电流较大引发的设备过热问题，应当根据相应的情况，权衡气候状况以及通电参数来选择相应的测量时间；

（3）测量位置：测量位置应当选择距离过往测量部位或邻近部位。若为首次检测，应当选择能够覆盖设备大范围的位置，之后的检测则需要选择同一位置；

（4）判断方法：通常都采用对比分析法，例如暴露在空气中的断路器，通常是以周围温度、通电电流以及设备温度作为依据，可做纵向、横向的比较。对于绝缘设备来讲，处于设备结构上的思考，主要测量部位是各结构以及进出线的连接情况，红外成像技术能够显示异常升温、温差以及相对温差等方面。在判断时应女大该考虑到设备测量时以及前3h的通电电流变化状况；

（5）检测周期：红外检测周期通常包括定期检测与日常检测两种；定期检测主要是通过有计划、有组织的、全面的检测，对电力设备中的异常情况进行检测[5]。日常检测主要是对检查中发现的异常部位进行详细监测计划，直到异常消除后才算结束，并且需要对设备修理前后的运行状况进行检测，从而保障检查的科学性与有效性。

6结语

红外热成像技术能发现电气设备外部发热和内部缺陷，是开展输电网电力设备状态检修的重要检测手段。红外热像技术测量了电力设备内部绝缘介质温度分布，反映了电力设备整体绝缘和电气性能的变化情况，在进行故障判断时需要和其他同类电力设备进行比较；红外热成像技术推广应用后，过去主要靠定期停运检修的制度必将逐步由预报警式的检修制度所代替。电气设备的温度一旦出现异常，可根据测出的电气设备的温度和热像图谱，配合运行、检修情况以及其他电气试验进行综合分析，判断缺陷的性质和部位。

参考文献：

[1]红外热成像技术在电力设备状态检修中的应用[J].邵进，胡武炎，贾风鸣，胡育蓉，马晓薇.高压电器.2013(01)

[1]红外诊断技术在高压断路器内部发热故障中的应用[J].陈宝怡.高压电器.2011(05)

[2]变压器内部金属部件之间接触不良引起的过热故障诊断及处理[J].严文群.高压电器.2010(11)

[3]紫外检测技术用于现场红外测温异常的处理[J].丁国成，李伟，王刘芳，余国钢，赵爱华.高压电器.2010(10)

[4]红外检漏成像仪在SF6电气设备状态检修中的应用[J].胡伟涛，隋少臣，韩建波.高压电器.2010(10)