电力红外线诊断技术基础 _知识百科

一、红外诊断的基本原理和技术特点
物体通过电磁波来传递能量的过程叫辐射，因热的原因而发生辐射能量的过程称为热辐射。物体的温度不同，其辐射的能量就不同，辐射波的波长也不同，但总包含红外辐射能量在内。根据这一特性，运行中电气设备出现的热缺陷均在红外诊断的范围内。红外辐射是电磁波的一部分，0.7~14μm的光谱范围被广泛应用于红外测量以精确地测量物体温度。红外测温仪可对不同表面类型的材料进行快速准确的温度测量.红外诊断的基本原理就是利用红外测温移叹寸电力设备的热状态分布的状况进行诊断。这是一门新兴的科学技术，与传统的预防性试验和离线诊断相比，具有下列特点:
(1) 不接触、不停运、不取样、不解体。
(2) 可以及时发现运行中设备的异常征兆，避免发生事故。
(3) 可以实现大面积快速成像，状态显示快捷、灵敏。
(4) 可以定性反映设备的故障存在与否，也能定量地反映故障的程度。
(5) 对老旧或存在隐患的设备，可以随时跟踪监视其运行状态和寿命。
二、红外测温的检侧仪器及对其要求
非接触式红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列。目前用于电力系统红外测温的检测仪器可以分为四类，即红外测温仪、红外行扫仪、红外热电视和红外热像仪。
1.红外测温仪
红外测温仪〔见图15-1 (a)]是根据被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。由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。其价格较低，轻巧便携、坚固耐用，在电力系统中使用较普遍。
对红外测温仪的要求是:操作简单，携带方便，测量精确度较高，测量的重复性要好，不受测量环境中高压电磁场的干扰。
2.红外行扫仪
这是一种红外线自动记录温度的红外线扫描仪，扫描仪使用光学仪器和不同的探出器。对红外行扫仪的要求是:操作简单，携带方便，测温精确度高，测量的重复性好，不受测量环境中高压电磁场的干扰;仪器的距离系数应满足实测距离的要求，以保证测量结果的真实性。
3.红外热电视
红外热电视是采用热释电靶面探测器和标准电视扫描方式，被测目标的红外辐射通过热电视的光学系统聚焦到热释电靶面探测器上，用电子束扫描的方式得到电信号，然后经过放大处理，便可将可见光图像显示在荧光屏上。
对红外热电视的要求是:操作简单，携带方便，有较好的测温精确度，测量的重复性要好，不受测量环境中高压电磁场的干扰，图像清晰，具有图像锁定、记录和输出功能。
4.红外热像仪
红外热像仪[见图15-1 (b)]是通过非接触探测红外热量，并将其转换生成热图像和温度值，进而显示在显示器上，并可以对温度值进行计算的一种探测设备。它能够将探测器的热量精确量化，对发热的故障区域进行准确识别和严格分析。在电力系统中，这种仪器得到了较广泛的应用。
对红外热像仪的要求是;图像清晰、稳定，不受测量环境中高压电磁场的干扰，具有必要的图像分析功能和较高的温度分辨率，空间分辨率能满足实测距离的要求，具有较高的测量精确度和合适的侧量范围。这是一种行之有效的精密诊断方法，大量用于电力设备的外部过热缺陷和内部故障诊断上。

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三、红外线监测对被侧设备和环境的要求
1.对被检测设备的要求
(1) 应为带电设备。
(2) 检测时在保证人身和设备安全的前提下，应打开遮挡红外辐射的门或盖板。
(3) 新设备选型时应考虑进行红外检测的可能性。
2.对检测环境的要求
(1) 检测目标和环境温度不宜低于5℃，如果必须在低温下检测，应注意仪器自身的工作温度要求。
(2) 空气湿度不宜大于85%，不应在有雷、雨、雾、雪及风速超过0. 5m/s的环境下进行检测。若风速有变化，应记录并加以修正。
(3) 室外检测应在日出之前、日落之后或阴天进行，以使测温免受光线影响。
(4) 室内检测宜闭灯进行，被测物应避免灯光直射。
四、红外线测温诊断方法和判断依据
1.表面温度判断法
根据测得的设备表面温度值，对照表15-1和表15-2的有关规定，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、设备的重要性及设备承受机械应力的大小来确定设备缺陷的性质;对在小负荷下温升超标或承受机械应力较大的设备，要从严定性。
2.相对温差判断法
(1) 对电流致热型设备，如发现设备的导流部分热态异常，应用红外线检测仪器进行准确测温，按式(15-1)算出相对温差值，按表15-3的规定判断设备缺陷的性质。
相对温差值为
δt=(t1-t2)/t1*100%
  =(T1-T2)/(T1-T0)*100%
式中 t1、T1——发热点的温升和温度；
     t2、T2——正常相对应点的温升和温度;
    T0——环境参照体的温度。
(2) 对于负荷率小、温升小但相对温差大的设备，如果有条件改变负荷率，可增大负荷电流后进行复测，以确定设备缺陷的性质。当无法进行此类复测时，可暂定为一般缺陷，并注意监视。

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3.同类比较法
(1)在同一电气回路中，.当三相电流对称和三相(或两相)设备相同时，比较三相〔或两相)电流致热型设备(即电流作用引起的设备的发热，如开关、导线接头、线夹等)对应部位的温升值，可判断设备是否正常。若三相设备同时出现异常，可与同回路的同类设备比较。当三相负荷不对称时，应考虑负荷电流的影响。
(2)对于型号规格相同的电压致热型设备(即电压作用引起的设备的发热，如配电变压器、避雷器、电力电缆等)，可根据其对应点温升值的差异来判断设备是否正常。电压致热型设备的缺陷宜用允许温升或同类允许温差的判断依据确定。一般情况下，当同类温差超过允许温升值的30%时，应定为重大缺陷。
当三相电压不对称时，应考虑工作电压的影响。
4.热谱图分析法
根据同类设备在正常状态和异常状态下的热谱图的差异来判断设备是否正常。
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。
五、红外线测温温度的计算
由于电气设备运行在不同的环境温度和不同的负荷状态，除了采用上述所使用的几种诊断方法外，有时还需要将试验结果归算到额定的电流和环境温度，以便进行分析比较。为此下面推荐一种修正计算方法，供读者参考。
为了说明修正计算方法的运用，下面举例说明:
低压断路器的额定电流为Ir,100A;
测量时通过的负荷电流为Im,30A;
测量时的环境温度为Tma, 20℃ 。
对于低压断路器的端子连接到母线(或电缆)的标准温度为95℃，环境温度为40℃ 。有下列公式
Ttc=(Trt——Tra)(Im/Ir)n+Tma
式中 Ttc——修正后的总温度，℃;
     Trt——总的额定温度，℃;
     Tra——额定环境温度，℃;
     Im——测得的电流，A;
    Ir——额定电流，A;
     Tma——测得的环境温度，℃;
     n——指数，平均为1.8 (1.6-2.0) 。
将上述数值代入得:Ttc=(95-40)(30/100)²十20=24.95(℃)
由红外线扫描仪测得的温度为31℃，高于修正值，说明有过热现象。表15-4中列出了导体载流量的温度校正系数。

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六、电力设备故障的红外诊断
电力设备的故障有多种多样，但大多数都伴有发热的现象，从红外诊断的角度看，可分为外部故障和内部故障两大类。
(1) 设备的外部故障.这是指设备的发热部位裸露在环境中，采用红外测温仪可以直接对其温度进行测试，并确定发热部位的具体位置。外部故障一般占设备故障的90%~93% 。造成其发热的原因主要是设备部件的接触电阻增大。
(2) 设备的内部故障。这是指设备的发热部位封闭在设备的内部，无法用红外测温仪直接观察，确定故障的具体部位，只能获取设备表面的热分布图，进行分析、类比，加以判断。内部故障一般占设备故障的7%-10% 。造成其发热的原因主要有:
   ①内部电气连接或接触不良;
   ②内部绝缘介质劣化、受潮使介质损耗增大而引起发热。
(3)采用红外测温技术可以对设备热故障进行如下诊断工作:
   1) 发电机和电动机运行状态检测与故障诊断，电刷和集电环接触状态检测，内部(如绕组、接头、铁芯等)过热检测。
   2) 变压器和电抗器运行状态检测，内部异常发热，箱体过热，引线接头连接不良，套管、储油柜缺油等。
   3) 各种导电接头、线夹的氧化腐蚀及连接不良。
   4) 高压断路器的触头接触不良。
   5) 隔离开关接触不良。
   6) 电流互感器和电压互感器的内、外部的连接不良，绕组过热、缺油等。
   7) 电容器过热，绝缘不良，缺油等。
   8) 避雷器内部受潮，元件老化或非线性特性异变，整体或局部发热。
   9) 绝缘子表面污秽，零值绝缘子检测，劣化绝缘子检测，线夹接触不良等。
   10) 电力电缆接头接触不良，电缆头绝缘不良，整体发热等。
【电力红外线诊断技术基础】    11) 其他电气设备接头接触不良、发热等。