電力紅外線診斷技術基礎

2026-04-25 知識百科

一、紅外診斷的基本原理和技術特點
物體通過電磁波來傳遞能量的過程叫輻射，因熱的原因而發生輻射能量的過程稱為熱輻射。物體的溫度不同，其輻射的能量就不同，輻射波的波長也不同，但總包含紅外輻射能量在內。根據這一特性，運行中電氣設備出現的熱缺陷均在紅外診斷的范圍內。紅外輻射是電磁波的一部分，0.7~14μm的光譜范圍被廣泛應用于紅外測量以精確地測量物體溫度。紅外測溫儀可對不同表面類型的材料進行快速準確的溫度測量.紅外診斷的基本原理就是利用紅外測溫移嘆寸電力設備的熱狀態分布的狀況進行診斷。這是一門新興的科學技術，與傳統的預防性試驗和離線診斷相比，具有下列特點:
(1) 不接觸、不停運、不取樣、不解體。
(2) 可以及時發現運行中設備的異常征兆，避免發生事故。
(3) 可以實現大面積快速成像，狀態顯示快捷、靈敏。
(4) 可以定性反映設備的故障存在與否，也能定量地反映故障的程度。
(5) 對老舊或存在隱患的設備，可以隨時跟蹤監視其運行狀態和壽命。
二、紅外測溫的檢側儀器及對其要求
非接觸式紅外測溫儀包括便攜式、在線式和掃描式三大系列。目前用于電力系統紅外測溫的檢測儀器可以分為四類，即紅外測溫儀、紅外行掃儀、紅外熱電視和紅外熱像儀。
1.紅外測溫儀
紅外測溫儀〔見圖15-1 (a)]是根據被測目標的紅外輻射能量與其溫度具有固定函數關系而制成的。由光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。其價格較低，輕巧便攜、堅固耐用，在電力系統中使用較普遍。
對紅外測溫儀的要求是:操作簡單，攜帶方便，測量精確度較高，測量的重復性要好，不受測量環境中高壓電磁場的干擾。
2.紅外行掃儀
這是一種紅外線自動記錄溫度的紅外線掃描儀，掃描儀使用光學儀器和不同的探出器。對紅外行掃儀的要求是:操作簡單，攜帶方便，測溫精確度高，測量的重復性好，不受測量環境中高壓電磁場的干擾;儀器的距離系數應滿足實測距離的要求，以保證測量結果的真實性。
3.紅外熱電視
紅外熱電視是采用熱釋電靶面探測器和標準電視掃描方式，被測目標的紅外輻射通過熱電視的光學系統聚焦到熱釋電靶面探測器上，用電子束掃描的方式得到電信號，然后經過放大處理，便可將可見光圖像顯示在熒光屏上。
對紅外熱電視的要求是:操作簡單，攜帶方便，有較好的測溫精確度，測量的重復性要好，不受測量環境中高壓電磁場的干擾，圖像清晰，具有圖像鎖定、記錄和輸出功能。
4.紅外熱像儀
紅外熱像儀[見圖15-1 (b)]是通過非接觸探測紅外熱量，并將其轉換生成熱圖像和溫度值，進而顯示在顯示器上，并可以對溫度值進行計算的一種探測設備。它能夠將探測器的熱量精確量化，對發熱的故障區域進行準確識別和嚴格分析。在電力系統中，這種儀器得到了較廣泛的應用。
對紅外熱像儀的要求是;圖像清晰、穩定，不受測量環境中高壓電磁場的干擾，具有必要的圖像分析功能和較高的溫度分辨率，空間分辨率能滿足實測距離的要求，具有較高的測量精確度和合適的側量范圍。這是一種行之有效的精密診斷方法，大量用于電力設備的外部過熱缺陷和內部故障診斷上。

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三、紅外線監測對被側設備和環境的要求
1.對被檢測設備的要求
(1) 應為帶電設備。
(2) 檢測時在保證人身和設備安全的前提下，應打開遮擋紅外輻射的門或蓋板。
(3) 新設備選型時應考慮進行紅外檢測的可能性。
2.對檢測環境的要求
(1) 檢測目標和環境溫度不宜低于5℃，如果必須在低溫下檢測，應注意儀器自身的工作溫度要求。
(2) 空氣濕度不宜大于85%，不應在有雷、雨、霧、雪及風速超過0. 5m/s的環境下進行檢測。若風速有變化，應記錄并加以修正。
(3) 室外檢測應在日出之前、日落之后或陰天進行，以使測溫免受光線影響。
(4) 室內檢測宜閉燈進行，被測物應避免燈光直射。
四、紅外線測溫診斷方法和判斷依據
1.表面溫度判斷法
根據測得的設備表面溫度值，對照表15-1和表15-2的有關規定，凡溫度(或溫升)超過標準者，可根據設備溫度超標的程度、設備負荷率的大小、設備的重要性及設備承受機械應力的大小來確定設備缺陷的性質;對在小負荷下溫升超標或承受機械應力較大的設備，要從嚴定性。
2.相對溫差判斷法
(1) 對電流致熱型設備，如發現設備的導流部分熱態異常，應用紅外線檢測儀器進行準確測溫，按式(15-1)算出相對溫差值，按表15-3的規定判斷設備缺陷的性質。
相對溫差值為
δt=(t1-t2)/t1*100%
  =(T1-T2)/(T1-T0)*100%
式中 t1、T1——發熱點的溫升和溫度；
     t2、T2——正常相對應點的溫升和溫度;
    T0——環境參照體的溫度。
(2) 對于負荷率小、溫升小但相對溫差大的設備，如果有條件改變負荷率，可增大負荷電流后進行復測，以確定設備缺陷的性質。當無法進行此類復測時，可暫定為一般缺陷，并注意監視。

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3.同類比較法
(1)在同一電氣回路中，.當三相電流對稱和三相(或兩相)設備相同時，比較三相〔或兩相)電流致熱型設備(即電流作用引起的設備的發熱，如開關、導線接頭、線夾等)對應部位的溫升值，可判斷設備是否正常。若三相設備同時出現異常，可與同回路的同類設備比較。當三相負荷不對稱時，應考慮負荷電流的影響。
(2)對于型號規格相同的電壓致熱型設備(即電壓作用引起的設備的發熱，如配電變壓器、避雷器、電力電纜等)，可根據其對應點溫升值的差異來判斷設備是否正常。電壓致熱型設備的缺陷宜用允許溫升或同類允許溫差的判斷依據確定。一般情況下，當同類溫差超過允許溫升值的30%時，應定為重大缺陷。
當三相電壓不對稱時，應考慮工作電壓的影響。
4.熱譜圖分析法
根據同類設備在正常狀態和異常狀態下的熱譜圖的差異來判斷設備是否正常。
5.檔案分析法
分析同一設備在不同時期的檢測數據(如溫升、相對溫差和熱譜圖)，找出設備致熱參數的變化趨勢和變化速率，以判斷設備是否正常。
五、紅外線測溫溫度的計算
由于電氣設備運行在不同的環境溫度和不同的負荷狀態，除了采用上述所使用的幾種診斷方法外，有時還需要將試驗結果歸算到額定的電流和環境溫度，以便進行分析比較。為此下面推薦一種修正計算方法，供讀者參考。
為了說明修正計算方法的運用，下面舉例說明:
低壓斷路器的額定電流為Ir,100A;
測量時通過的負荷電流為Im,30A;
測量時的環境溫度為Tma, 20℃ 。
對于低壓斷路器的端子連接到母線(或電纜)的標準溫度為95℃，環境溫度為40℃ 。有下列公式
Ttc=(Trt——Tra)(Im/Ir)n+Tma
式中 Ttc——修正后的總溫度，℃;
     Trt——總的額定溫度，℃;
     Tra——額定環境溫度，℃;
     Im——測得的電流，A;
    Ir——額定電流，A;
     Tma——測得的環境溫度，℃;
     n——指數，平均為1.8 (1.6-2.0) 。
將上述數值代入得:Ttc=(95-40)(30/100)²十20=24.95(℃)
由紅外線掃描儀測得的溫度為31℃，高于修正值，說明有過熱現象。表15-4中列出了導體載流量的溫度校正系數。

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六、電力設備故障的紅外診斷
電力設備的故障有多種多樣，但大多數都伴有發熱的現象，從紅外診斷的角度看，可分為外部故障和內部故障兩大類。
(1) 設備的外部故障.這是指設備的發熱部位裸露在環境中，采用紅外測溫儀可以直接對其溫度進行測試，并確定發熱部位的具體位置。外部故障一般占設備故障的90%~93% 。造成其發熱的原因主要是設備部件的接觸電阻增大。
(2) 設備的內部故障。這是指設備的發熱部位封閉在設備的內部，無法用紅外測溫儀直接觀察，確定故障的具體部位，只能獲取設備表面的熱分布圖，進行分析、類比，加以判斷。內部故障一般占設備故障的7%-10% 。造成其發熱的原因主要有:
   ①內部電氣連接或接觸不良;
   ②內部絕緣介質劣化、受潮使介質損耗增大而引起發熱。
(3)采用紅外測溫技術可以對設備熱故障進行如下診斷工作:
   1) 發電機和電動機運行狀態檢測與故障診斷，電刷和集電環接觸狀態檢測，內部(如繞組、接頭、鐵芯等)過熱檢測。
   2) 變壓器和電抗器運行狀態檢測，內部異常發熱，箱體過熱，引線接頭連接不良，套管、儲油柜缺油等。
   3) 各種導電接頭、線夾的氧化腐蝕及連接不良。
   4) 高壓斷路器的觸頭接觸不良。
   5) 隔離開關接觸不良。
   6) 電流互感器和電壓互感器的內、外部的連接不良，繞組過熱、缺油等。
   7) 電容器過熱，絕緣不良，缺油等。
   8) 避雷器內部受潮，元件老化或非線性特性異變，整體或局部發熱。
   9) 絕緣子表面污穢，零值絕緣子檢測，劣化絕緣子檢測，線夾接觸不良等。
   10) 電力電纜接頭接觸不良，電纜頭絕緣不良，整體發熱等。
【電力紅外線診斷技術基礎】    11) 其他電氣設備接頭接觸不良、發熱等。

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