高逸君 楊沖

摘 要：現(xiàn)今紅外檢測(cè)技術(shù)在我國(guó)電力系統(tǒng)中已得到比較廣泛的應(yīng)用，是一種診斷線路熱缺陷的高科技技術(shù)，且為設(shè)備的在線檢測(cè)和故障診斷提供了依據(jù)。紅外測(cè)溫診斷技術(shù)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理、預(yù)防重大事故的發(fā)生并提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。紅外檢測(cè)技術(shù)具有非接觸、實(shí)時(shí)快速、形象直觀、準(zhǔn)確度高、適用面廣等優(yōu)點(diǎn)，給輸配電線路運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了一種先進(jìn)手段。紅外檢測(cè)技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用，對(duì)提高電氣設(shè)備的可靠性及有效性，提商運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，降低維修成本都具有非常意義。文章就目前供電部門(mén)線路檢修過(guò)程中應(yīng)用紅外測(cè)溫技術(shù)作了紅外監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)理論、紅外檢測(cè)特點(diǎn)、測(cè)溫應(yīng)用實(shí)例的介紹。

關(guān)鍵詞：紅外檢測(cè)；電力設(shè)備；故障診斷

1 紅外檢測(cè)技術(shù)

1.1 紅外基礎(chǔ)概念

紅外線是電磁波的一種，本身具備和無(wú)線電波與可見(jiàn)光一樣的性質(zhì)，紅外線又稱紅外輻射，在電磁波中屬于一種和微波波長(zhǎng)相比較短，比可見(jiàn)光波長(zhǎng)相比較長(zhǎng)的電磁波，波長(zhǎng)一般保持在0.76-100um間，紅外線可以根據(jù)不同的波長(zhǎng)分為四種，即近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和極遠(yuǎn)紅外。

通常紅外線都處于電磁波連續(xù)頻譜中無(wú)線電波和可見(jiàn)光之間。紅外線輻射是任何物體在正常情況下都能夠產(chǎn)生的無(wú)規(guī)則分子和原子的運(yùn)動(dòng)，而且能輻射出熱紅外能量，分子和原子在這其中會(huì)非常強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)，這就表示輻射出的紅外能量越強(qiáng)，相反，原子和分子活動(dòng)弱輻射出的能力就小。

只要是存在與自然界的物體溫度高于絕對(duì)零度以上，物體本身的分子在運(yùn)動(dòng)期間就會(huì)向周邊空間輻射出紅外線，而且物體紅外輻射能量的大小直接取決去波長(zhǎng)的分布和其表面的溫度。紅外線輻射的探測(cè)器通常是把物體輻射的功率信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的通道，是對(duì)物體自身輻射紅外線能量的大小進(jìn)行測(cè)量，以此確定表面的溫度，也可能是通過(guò)成像裝置輸出信號(hào)可以對(duì)物體表面溫度空間分布情況進(jìn)行可模擬掃描，再由電子系統(tǒng)處理并傳輸?shù)斤@示屏中，從而得到和物體表面熱分布相對(duì)應(yīng)的熱像圖。采用這種方式不但可以對(duì)觀察對(duì)象進(jìn)行遠(yuǎn)距離的熱狀態(tài)圖像成像和測(cè)溫進(jìn)行準(zhǔn)確分析，同時(shí)還能夠進(jìn)行對(duì)紅外輻射的檢測(cè)。

1.2 紅外檢測(cè)基本規(guī)律

所謂的紅外熱像儀，就是把被檢測(cè)對(duì)象的紅外輻射能量具體分布圖像傳遞給相關(guān)的光敏元件，這樣才能獲取相應(yīng)的紅外熱像圖。這一過(guò)程主要依靠紅外探測(cè)器以及光學(xué)成像物鏡來(lái)完成，得到的熱像圖對(duì)應(yīng)著物體表面的熱分布狀況。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，紅外熱像儀其實(shí)就是把肉眼看不到的紅外圖像轉(zhuǎn)變成具體可見(jiàn)的熱圖像。并且根據(jù)熱圖像上不同的顏色判斷被測(cè)對(duì)象不同位置的溫度。通過(guò)紅外探測(cè)器與光學(xué)成像物鏡將被檢測(cè)物體的紅外輻射能量分布圖形傳輸?shù)郊t外探測(cè)器的光敏元件上，以此獲得紅外熱像圖則是紅外熱像儀，紅外熱像儀的熱像圖要和物體表面的熱分布場(chǎng)相互符合。紅外熱像儀簡(jiǎn)單來(lái)講就是物體發(fā)出的不可見(jiàn)紅外能量轉(zhuǎn)變成可見(jiàn)熱圖像。在熱圖像表面出現(xiàn)的各種顏色則代表了被測(cè)把目標(biāo)不同的溫度。光學(xué)系統(tǒng)和紅外探測(cè)器中必須包含光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)焦平面熱像儀機(jī)構(gòu)，以此對(duì)檢測(cè)對(duì)象的紅外熱像進(jìn)行掃描，同時(shí)將紅外熱像聚焦在單元或者分光探測(cè)器上，再由探測(cè)器把紅外輻射能量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，最后則經(jīng)過(guò)處理、轉(zhuǎn)換或標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)后通過(guò)視頻將被測(cè)物體的紅外熱像圖顯示出來(lái)。

2 紅外檢測(cè)技術(shù)特質(zhì)

電氣設(shè)備紅外檢測(cè)和診斷工作本身具備了不會(huì)出現(xiàn)停電、停運(yùn)、取樣、接觸、解體現(xiàn)象而且準(zhǔn)確度、靈敏度高且直觀、應(yīng)用范圍廣等眾多的特殊性質(zhì)。

2.1 響應(yīng)迅速

一般傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)響應(yīng)所需時(shí)間為幾秒，熱像儀檢測(cè)響應(yīng)所需時(shí)間則在毫秒或者微妙范圍內(nèi)，所以熱像儀能夠準(zhǔn)確迅速的將目標(biāo)溫度的變化測(cè)取。

2.2 無(wú)需接觸測(cè)量

通常被測(cè)取的都是物體表面的紅外輻射能量，必須在不接觸被測(cè)物體的情況下進(jìn)行，而紅外熱像技術(shù)在測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體或高壓線纜等危險(xiǎn)物體時(shí)，可以不用接近物體進(jìn)行測(cè)量，得到廣泛使用。

2.3 直觀形象的測(cè)量結(jié)果

和單點(diǎn)測(cè)溫相比，紅外熱像儀一般是采用彩色或黑白色圖像將被測(cè)物體表面的溫度場(chǎng)表達(dá)出來(lái)，這樣獲取的信息就會(huì)更加全面、完善，且直觀形象。

3 在電力設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用紅外檢測(cè)技術(shù)

一般裝置避雷器是為了更好的防御雷電侵入人波、線路過(guò)電壓以及內(nèi)部過(guò)電壓中造成的電氣設(shè)備損害，同時(shí)還能夠?qū)㈦妷壕窒拊陔姎庠O(shè)備絕緣的能承受電壓沖擊水平范圍內(nèi)。

3.1 FS型普通閥式避雷器

FS型號(hào)避雷器的閥片非線性系數(shù)一般保持在0.2-0.5之間，除了在微安級(jí)溶性電流外，一般在串聯(lián)間隙的阻隔下和正常運(yùn)作情況下都沒(méi)有傳導(dǎo)電流經(jīng)過(guò)避雷器。所以，在沒(méi)有故障出現(xiàn)的情況下，F(xiàn)S型號(hào)避雷器自身不會(huì)出現(xiàn)功率損耗和發(fā)熱，其本身的熱像特質(zhì)和環(huán)境溫度下的參照體幾乎沒(méi)什么不同。

3.2 FCZ和FCD型磁吹避雷器

FCZ和FCD型磁吹避雷器通常在運(yùn)作過(guò)程中所消耗的功率很低，而且不會(huì)發(fā)熱。而磁吹避雷器由于間隙中安置了均壓分路電阻，所以在正常運(yùn)作中會(huì)出現(xiàn)電流泄露和耗損功率的想象。磁吹避雷器的正常熱像特征一般是瓷套整體發(fā)熱，而且熱量通常聚集在上端，分布情況一般是上高下低。在組合元件中一般上節(jié)溫度偏高。

3.3 氧化鋅避雷器

氧化鋅避雷器一般在正常運(yùn)作時(shí)會(huì)有一定功率有所消耗且發(fā)出輕微的熱度。氧化鋅避雷器在正常運(yùn)作時(shí)會(huì)出現(xiàn)0.5-1.0mA之間的工頻電流出現(xiàn)，電流狀態(tài)呈現(xiàn)溶性，且阻性電流占據(jù)10%-20%的比例。所以無(wú)間隙氧化鋅避雷器在正常運(yùn)作時(shí)會(huì)先消耗一定的功率讓自身出現(xiàn)輕微的發(fā)熱。通常中小型瓷套封裝結(jié)構(gòu)最熱部分處于中部偏上的地方，分布均勻，和大型瓷套封裝結(jié)構(gòu)比較，最熱部分幾乎在上端位置，非均勻性比較大。

4 紅外測(cè)試時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

4.1 大氣吸收的影響

通常紅外輻射在傳輸過(guò)程中能量衰減來(lái)自大氣中的塵埃及懸浮粒子的存在。大部分的電力設(shè)備溫度在27～327℃左右的溫度區(qū)間，并可根據(jù)紅外基本定律推導(dǎo)出設(shè)備發(fā)射的紅外輻射信號(hào)，并在遠(yuǎn)紅外8-14μm區(qū)間內(nèi)所占的百分比最大即其其輻射對(duì)比度也最大。需注意工作在大氣窗口內(nèi)，大氣對(duì)紅外輻射的消光作用。其中影響最大的是水蒸氣對(duì)紅外輻射。在此檢測(cè)目標(biāo)及環(huán)境的溫度不宜低于5℃，如果必須在低溫下進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)注意儀器自身的工作溫度要求。在室外進(jìn)行紅外診斷時(shí)需選擇檢測(cè)環(huán)境空氣濕度不應(yīng)大于85%，不應(yīng)在有雷、雨、霧、雪及風(fēng)速超過(guò)0.5m/s的環(huán)境下進(jìn)行。

4.2 太陽(yáng)光輻射的影響

通常當(dāng)被測(cè)的電氣設(shè)備在太陽(yáng)光照射下，會(huì)因太陽(yáng)光的反射和漫反射在3～14μm波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)，該波長(zhǎng)區(qū)域與紅外診斷儀設(shè)定的波長(zhǎng)區(qū)域相近，并且此波段內(nèi)陽(yáng)光的分布比例不是固定不變，并最終影響紅外測(cè)溫結(jié)果即影響儀器的正常工作和準(zhǔn)確判斷。同時(shí)因太陽(yáng)光的直接照射造成被測(cè)物體的溫升有疊加作用而造成附加溫升，在此室外紅外檢測(cè)宜選擇在日出前或日落后或陰天進(jìn)行，或在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置太陽(yáng)濾片等方式。

4.3 風(fēng)力的影響

一般在風(fēng)力較大的環(huán)境下來(lái)采用紅外檢測(cè)，其發(fā)熱缺陷的設(shè)備的熱量會(huì)存在因受風(fēng)速影響而加速散發(fā)，并使裸露導(dǎo)體及接觸件的散熱條件得到改善且增大散熱系數(shù)，且不利于設(shè)備缺陷的診斷分析而無(wú)法查出有潛伏性熱缺陷。在此采取室外紅外診斷需選擇無(wú)風(fēng)或風(fēng)力很小的環(huán)境條件下完成。

參考文獻(xiàn)

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