安徽理工大學 楊 晨

紅外測溫技術在當前科技的發(fā)展之下已經(jīng)得到了廣泛應用，效果顯著，使得電力設備運行的可靠性能大大提高，本文首先介紹了紅外檢測技術的原理與特點，重點介紹了紅外診斷技術的內(nèi)容及其判斷法。使用紅外測溫技術來實現(xiàn)變電站設備故障診斷，可以有效確保我國電力系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展與運行。

自2011年3月份起，我國頒布一系列法律條規(guī)來實現(xiàn)堅強智能電網(wǎng)的快速穩(wěn)定發(fā)展。而加強智能電網(wǎng)的建設，保障電網(wǎng)的安全運行，現(xiàn)代化的電力設備狀態(tài)檢測手段是必不可少的環(huán)節(jié)。

現(xiàn)今，現(xiàn)代紅外診斷技術已日益得到發(fā)展且趨于成熟，借以紅外熱成像診斷技術的快速無接觸、準確性高等特點發(fā)展起來的電力變電站設備紅外測溫檢測技術已備受國內(nèi)外專業(yè)領域的關注。

1 紅外測溫技術的原理與特點

1.1 紅外測溫技術的原理

無論是何種物體，當其表面溫度超過-273℃絕對零度，就會向外輻射出熱量，由于物體表面溫度存在差異，導致其能量的輻射水平與輻射波長也存在差異。但若是考慮紅外輻射，當物體表面溫度未能超出限定值時，由紅外波在電磁熱輻射的刺激下產(chǎn)生的電磁波強度是最大的，由此可見，通過測定物體表面紅外波熱輻射出的能量，就可以實現(xiàn)物體表面溫度的精確測量。

1.2 電力設備故障及主要機理

電力系統(tǒng)中電氣設備工作的過程中，在產(chǎn)生的電流、電壓的影響之下，將產(chǎn)生較大的電阻損耗、引起發(fā)熱的介質(zhì)損耗、鐵損增大故障以及電流異常和泄露電流增大4種主要來源的發(fā)熱。這些都會導致設備表面溫度場分布異常。

1.3 電力設備紅外輻射的特點

根據(jù)黑體輻射定律一般可以得出黑體的溫度與波長的關系，即可以求出目標物體的紅外熱輻射功率關系表達式，可以求出的輻射或者是全輻射后的功率表達式為：

在該式當中PλT是指光譜輻射功率，λ則為發(fā)生紅外輻射的波長，T是指熱力學溫度，C1、C2指的是第一輻射常數(shù)與第二輻射常數(shù)，PT是指全輻射功率，σ是指的是斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)。

由圖1所示可以看出，當溫度測定都為150℃時，由于輻射率的差異，兩者的光譜輻射度差竟然已經(jīng)達到了34W/m2，這會使得測量結(jié)果產(chǎn)生變化?？偠灾S著輻射率的減小紅外輻射光譜的強度也會隨之降低。

圖1 不同輻射率下紅外輻射光譜分布曲線

由圖1中還可以發(fā)現(xiàn)，紅外輻射光譜的波長峰度值也與物體表面溫度存在著反比關系，即隨著電力設備溫度的降低紅外輻射光譜峰值的波長將會變大，隨著電力變電站設備溫度的升高，紅外輻射光譜波長峰值的移動規(guī)律遵循如下所示的維恩公式：

在該式中λ是指紅外輻射光譜峰值的波長，T則指的是熱力學溫度。

2 電力變電站紅外診斷技術

通常情況，變電站中電力設備處于運行狀態(tài)的過程中，不管是由于電力設備內(nèi)部介質(zhì)產(chǎn)生的電壓損耗引起的發(fā)熱，還是載流設備當中由電流導致的發(fā)熱，故障產(chǎn)生的區(qū)域部位溫度都會明顯發(fā)生改變，并向著外部環(huán)境中輻射出紅外射線。相對于紅外診斷技術來說，選用的相關判據(jù)理論將直接關系到運用紅外技術對電力變電站相關設備進行診斷的準確性能。近幾年來，將紅外診斷技術運用到圖像以及數(shù)字處理上的頻次快速增長，這使得紅外診斷技術得到了進一步發(fā)展，為將紅外診斷技術運用到電力變電站設備故障診斷提供了一種新的研究方向。

3 常規(guī)紅外診斷方法

3.1 表面溫度判斷法

當電力設備中電磁部分發(fā)生鐵損耗以及由電流導致的溫度升高的情況之下，運用表面溫度判斷法將會更適用。對比于標準中設定的溫度上限值，根據(jù)熱成像儀檢測到的設備表面溫度結(jié)合負載率以及天氣狀況，可判斷出部分設備的故障狀況，然而使用此種方法卻缺乏預見性，僅僅可用于當前時刻情況測定，抑或是存在的缺陷。但是該方法也存在不可忽視的優(yōu)點，使用此種方法很是直觀，且適用性強，大多數(shù)是應用于已經(jīng)明確了有大負荷或是故障引起發(fā)熱的情況下。在實際情況下，當使用表面溫度判斷法已經(jīng)感知到設備的發(fā)熱，并且產(chǎn)生的發(fā)熱已達到規(guī)定的最大值時，應盡快安排人員進行故障排除，以保證設備能夠正常運行。

3.2 同向比較判斷法

同向比較判斷法又稱之為縱向比較判別法，是在相同環(huán)境下對于型號相同的電力變電站設備，從橫向與縱向兩個方向來比較溫度變化情況，借以此來判斷出電力設備的運行以及定位情況。根據(jù)經(jīng)驗可得，該種方法非常適用于由電流和電壓引起的設備發(fā)熱測定，在不超過溫升上限且電壓類別相同時判斷的效果最佳。

3.3 特征圖譜判別法

在運行的過程當中，無論是何種電力設備，其表面都存在固定的發(fā)熱溫度。特征圖譜判別法即熱像圖特征判斷法，非常適用于電壓致熱型設備。特征圖譜判別方法主要是對比正常與發(fā)生故障兩種情況下的熱像圖，若是差別較大則說明此部分可能存在故障，沒有較大差別則表明設備運行正常，在排除如背景顏色或是太陽光等干擾因素后，準確判斷出該種電力設備的運行狀態(tài)。

3.4 相對溫差判斷法

在電力設備運行過程中，工況的差異在所難免，為排除此種情況的發(fā)生，故選擇了相對溫差判斷法來實現(xiàn)設備檢驗。當由于場外環(huán)境溫度較低時，設備的溫度就很難達到事先設定的標準預設值，設備的潛在缺陷將很難發(fā)覺。隨著負荷或天氣溫度的升高會大概率導致設備部分損壞。根據(jù)以往的經(jīng)驗可得，當周邊環(huán)境溫度尚且未發(fā)生改變之前，設備就已經(jīng)存在問題的話，在環(huán)境溫度變化時會對設備安全運行產(chǎn)生嚴重的干擾因素。使用此種方式可以在檢測同種型號以及相同運行環(huán)境下設備的溫度變化情況來實現(xiàn)，方法表達式為下式所示：

在該式子中τ1、τ2是指溫度的變化；T1為所檢測設備高于設定值時的溫度；T2為同一位置設備無故障時的溫度；T0是指場外溫度。當通過該種方式判斷出δt的值超出35%時，應安排相關人員盡早排除故障帶來的風險。

3.5 檔案分析判別法

使用此種方式來判斷重要性強或者是有著復雜結(jié)構(gòu)的變電站設備的效果是極佳的。該方式一般用于對其他檢測方式起輔助作用，能夠較為及時的找出檢測設備已存在的問題，預測出設備的運行狀況。通過與其他檢測方式的結(jié)合可以更為及時準確的幫助發(fā)現(xiàn)設備存在的問題，盡早排除故障帶來的風險。通過分析大量歷史狀態(tài)下的數(shù)據(jù)來建立數(shù)據(jù)庫，可以使得數(shù)據(jù)的記錄與分析更具規(guī)范性能，使用該方式可以為設備的檢修提供工作前提。

3.6 實時分析判別法

采用此種方式來進行電力變電站設備的紅外診斷可以有效提高時效性能。實時分析判別法是特指在不同時刻，借助與紅外有關的設備來采集在負載變化的條件下溫度的動態(tài)變化，當運行設備處于監(jiān)測狀態(tài)時，發(fā)現(xiàn)有運行設備溫度超出限定值，即存在一定的運行故障，可以采用該方式來不間斷監(jiān)測運行狀況，避免了故障缺陷的進一步發(fā)展，幫助采取一系列相關措施手段來解決故障問題。

結(jié)論：運用紅外測溫技術來實現(xiàn)變電站電力設備的故障診斷，不但能夠幫助減少故障帶來的實際損失，還能夠幫助節(jié)約經(jīng)濟成本?，F(xiàn)今電力設備紅外檢測技術已經(jīng)得到了較大的發(fā)展與運用，紅外測溫相關設備也得到了改進，紅外測溫技術會在電力變電站設備的應用中更為廣泛。