红外技术在电力系统设备状态监测中的应用

摘要： 红外热像仪能够生成红外图像或热辐射图像，并且能够提供精确的非接触温度测量功能。几乎所有物体在发生故障之前，温度都会随之升高，因此在很多领域内，红外热像仪绝对是一种经济有效的检测工具。由于很多行业都将高效生产、能源管理、提高产量和生产安全作为企业发展的重要目标，因此红外热像仪正在被不断的应用在各种行业和各种应用领域中。

关键词：红外技术 状态监测 应用

中图分类号：TM7 文献标识码： A

一、红外成像技术原理

红外热像仪是通过吸收目标物体的能量辐射生成红外图像和温度测量的仪器。红外能量是一种肉眼看不见的能量，它的波长很长，无法被肉眼探测到。它是电磁波谱中的一部分，人类将它感知为热量。与可见光不同，在红外领域里，凡是温度在绝对零度以上的物体都能够散发热量。即使如冰块这样表面非常寒冷的物体，同样能够发射红外能量。物体的温度越高，它所辐射的红外能量就越强。红外热像仪能够帮助我们看见肉眼无法看见的情况。

电磁波谱是非常广的谱图，从10nm～1000m，人所能看到光只是电磁波很窄的一段谱段，为180nm～750nm，0.75 μm ～100μm是红外光谱段。其中0.75 μm ～6μm是近红外光谱段，6 μm ～15μm是远红外光谱段，15 μm ～100μm是超远红外光谱段，接下来是长波长一端的微波段、无线电波段。180nm以上是短波长一端的紫外线谱段、X等放射线谱段。

由此我们知道，远红外光谱是电磁光谱，是人视觉感觉不到的电磁光谱。我们看到的红外图像是经过解析处理的红外光谱图像，使我们可能像看普通照片那样看见物体的红外谱像，当温度为300K（27℃）时，远红外光谱的峰值为9.7 μm。我们使用的红外热像仪的光谱范围是7.5 μm ～13μm，在物体温度-20℃～500℃时，物体红外光谱处于最大峰值区，仪器将会有很高的灵敏度。红外成像是唯一一种可以将热信息瞬间可视化，并加以验证的诊断技术。

二、行业应用

红外热像仪适用于各种商业和工业领域，它能够帮助您发现故障，避免意外停工，确认维护措施，提高生产安全以及节省时间和成本。

预防和预知性维护应用

验证并确认电气和机械故障，减少停机时间，防止灾难性事故，节省时间和费用，保护人身安全。

过程监控---通过确保过程安全高效的运行来节省公司的费用和时间。借助获得的图像实时监控和观察过程。

质量控制---检查样机和部件的潜在的与发热相关的设计缺陷，使制造商向市场提供优质和耐用的产品。

研究和开发---观察和量化产生的热分布，使工程师能改进产品及制造过程。

三、电力系统及行业领域的应用（以我厂案例为例）

电力设备的介损损耗因数，就是在电压作用下，流过绝缘体电流有功分量与无功分量的比值tgδ%，有功分量总要以热的形式散发出来的，通过传导、辐射、对流三种方式把热量扩散到电力设备的表面。

国电公司2008年出台了DL/T 664-2008《带电设备红外诊断应用规范》 （以下简称《红外规范 》），对电力设备红外检测分析工作提出了指导性原则意见。

《红外规范》把红外检测到的设备缺陷分类为电流致热类缺陷和电压致热类缺陷2种，利用红外设备检测和发现电流致热类缺陷是比较容易的，比如在变电所开关场，如果设备结点或刀闸触头有过热点，哪怕是只高出其它相同位置10℃，我们在红外镜头里也会看上去很亮，一眼就能发现。

电压致热类缺陷的检测和判定的则是设备的内部缺陷，比如避雷器由于受潮导致的阻性电流增大、互感器绝缘劣化受潮等引起的介损增大等。电压致热类缺陷一般都是重要以上缺陷，有可能发展成为设备烧损或爆炸事故，所以红外检测的重点是电压致热类缺陷。

红外检测作为我厂发电设备状态监测与故障诊断的一项重要工作，在日常巡检中发现了许多重要设备问题。目前基本处于电流致热类缺陷的检测上，但今后红外检测工作就要转入以电压致热类缺陷为重点的检测上来。

1、电气设备变压器本体、油管路、高低压套管、连线，避雷器瓷瓶、阻波器等

上图是我厂2B主变B相高压套管接线板温度变化，从图中看出温度在几天之内有明显的上升，在后来的大修解体时发现连线螺栓有松动迹象，接触面不平，镀银涂层轻微脱落，经过处理后，运行温度正常。

2、电气设备开关接触器、电缆、接线端头过热的检查。

2009年11月6日我厂一期B厂用空压机因B相进线电缆（50平方多芯软电缆）烧断，空压机跳闸。分析原因一是接线端子松动接触不良过热（常见现象），二是电缆与线鼻子压接不实过热，三是电缆芯线表面有损伤，载流量变小，过热熔断。通过这次事故我们加强了对空气开关进出线、接触器触头、电缆接头等部位的温度监测。

在监测到2B仪表空压机的接触器时（下图），发现左侧的接触器外壳温度异常，温度达到最高87℃，较右侧的接触器外壳温度高了20多度，并且外壳中心的颜色有些微黄（外壳的材质是硬塑料），感观判断应该是高温烘烤所致。待此空压机停运时，更换为新的接触器，温度恢复正常。从而避免了因接触器接触不良，温度升高，烧毁接触器，造成空压机跳闸的事故的发生。

图中为接触器与热偶之间的连扳，右边一相的温度要明显高于其他两相。

3、电气设备中主要电动机工作温度检测。

1B空压机监测到的温度，最高达到101℃，远远超出了电机的正常工作温度，检查原因是风扇通风槽被油泥堵塞，通风不畅，导致电机本体温度升高。停电清除了油泥后，电机的工作温度趋于正常。

4、电气设备的电机轴承缺油和轴承磨损故障时其整体温度及变化也能通过红外技术检测出来。

5、用红外成像技术对DCS、TSI、PLC、ETS、MFT等重要电源、插件板、继电器、电源开关及引线、接线端子做状态监测工作。

6、锅炉专业利用红外成像技术对非金属膨胀节表面、风烟系统风道及蒸汽管道保温等部位及时检测温度及温升，并针对异常现象进行整改处理。

7、汽机专业对主、辅机缸体、管道、阀门、轴封温度及保温检查也用到了红外技术，同时对高温介质（如蒸汽等）泄漏情况检查同样收到了意想不到的效果。

远红外检测技术应用于电力生产，是近展起来的一项辅助手段，生产上的应用推动了这一技术的发展，目前国际上、国内用于电力生产的远红外检测设备的精度、适应距离的镜头配套，分析软件的功能等都有了长足的发展。远红外检测诊断技术应用于电力生产是有效的，但不是万能的，所规定的电流、电压致热类缺陷的判断标准只是一个控制的标准，而且各种设备不同的运行条件下数据的唯一性也要依据检测诊断人员的经验进行调整。

参考文献：《DL/T 664-2008-带电设备红外诊断应用规范》----国电公司2008年出版