红外线热像仪测温在变电站设备运行和故障分析方面的应用

摘 要： 早期诊断变电站带电运行设备的发热隐患对电力系统安全运行、可靠供电十分重要。红外热像仪问世后，由于其对故障点的检测可带电进行，具有非接触性特点及先进的成像技术，大大方便了电气设备的发热检测，使电气设备故障诊断和维修变得简单方便，电网设备维修从传统的预防性检修转变为预知性维护，大大减轻运行维护人员的负担。可以说红外热像仪是设备在线诊断和状态检修的最理、最有效的手段之一，是目前在预知性检修领域中普遍推广的一种手段。

关键词：变电站设备 红外线热像仪 运行故障 应用分析

中图分类号：F407文献标识码： A

1 红外热像仪测温的原理与特点

1.1 测温的原理 红外热像仪是一种精密设备，使用非常灵敏的红外线探测器。其红外光学镜头接收电气设备所辐射的红外线，经光学系统会聚，把接收的红外线正好落在系统的焦点上（即红外焦平面探测器）；经红外焦平面探测器的光电转换，将电气设备的红外能转变成电能后，经放大处理、转换或标准视频信号等一系列的电信号处理，在热像仪上得到所测的热图像。

1.2.1目前工业上常用的是非致冷长波焦平面红外热像仪，其特点是热像图成像质量好，图像非常清晰。检测时，所有进入热像仪红外光学镜头内的物体，都会在显示屏上成像。若视场内有一些点的温度与其它点温度相差较大，则视为异常点，这些异常点不仅可以在显示屏上以高亮度的形式清楚、直观地分辨出来，同时还实时测出这些异常点的温度，如图一中红三角所示，热像仪可以清楚地显示视场内最高温度点及其温度。目前常用的热像仪其灵敏度普遍很高，一般在室温情况下，其灵敏度可达0.12℃-0.02℃，可以分辨出被测设备表面细微的温度差别，从而可以诊断出被测设备运行工况的微小变化。

1.2.2 检测效率高，点面结合 以往使用的红外测温枪只能逐点检测、有效测温距离小、数据不能保存。而热像仪开机并对准被测设备后，被测设备的热像图会立即显示在观察屏幕上，若存在温度异常点，通过色彩差异，色温高，图像亮，会在显示屏上显示出异常点的位置，并测出温度数据。检测完成后，可以将热像图存贮到算机上，作进一步分析、辨识。由于电气设备安装的特点，红外热像仪通常是在是远离设备几米、几十米、甚至上百米的地方检测，这样在红外热像仪的视场内可以同时观察到大面积的电气设备。一般变电站测温时先进行大面积扫描，发现异常点时，再进行重点检测，通过这种点面结合的方法，极大的提高了检测效率。

另外，红外热像仪工作波段与电磁频谱相差甚远，因此，在具有强电磁场特点的变电站、高压线等处使用热像仪检测，具有不受影响，热像图稳定可靠的特点。

测温时需注意：

2 红外热像仪测温应注意的事项

（1）测量误差的影响

红外热像仪的温度分辨率虽然很高 （可达0.05℃），但测温精度并不高(±2%或±2℃)，而电压致热型设备的发热量小，温升值很小。在这种情况下，各种测量误差的总和可能超过实际的温升值，这就要求应以相间或对应点的允许温差值，尤其是热像图的分布情况作为主要判据的原因。

（2）测试环境的要求

检测目标及环境的温度不宜低于5℃，如果必须在低温下进行检测，应注意仪器自身的工作温度要求，检测时空气湿度不宜大于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。

（3）测试距离的要求

对PT、CVT、避雷器、套管（主变、电缆头）等的检测，在安全距离允许的范围下，应尽量靠近被测设备，使被测设备充满整个仪器的视场，以提高仪器对被测设备表面细节的分辩能力及测温精度；尽量使仪器与三相测点的距离基本一致；尽量把三相热像图同时放在一起，方便比较；当发现三相的热像图有差异时，可以从不同的方向和角度进行检测，排除外界的影响。

（4）综合判断分析

当热像图有差异时，应结合其它试验数据进行综合分析，必要时进行带电测试或停电进行必要的电气试验，确定设备的缺陷。

3.红外线热成像仪在变电站设备运行和故障分析方面的应用

将红外线技术应用到变电站的设备的运行故障和分析主要体现在以下几个方面：

3.1.首先体现在对变电站设备的日常巡视和故障判断方面。

变电站的工作人员经常要做的一件事情就是要随时随地对各种运行设备进行常规的检查，在这一过程中尤其要注意正确地运用检测的方法，要将工作落实到具体的每一环节上去。尽管过去的人工检测具有一定的局限性，容易受到人的五官和感觉系统的干扰，但是在科技水平还很不发达的过去，这样的方式也起到了一定的检测作用。但今天，变电站的数量剧增，人们对质量的要求也越来越高，对故障发现和处理的时间段也控制得较为严格，所以采用比较先进的红外线热像仪还是很不错的选择，不仅有助于及时的发现问题，还有利于确保变电站的设备不会超负荷运载。

3.2.利用红外线热像仪进行变电站设备巡视的工作，可以有效提高从业人员的工作能力，促使他们不断扩充其工作知识含量，不断提高工作人员利用理论知识解决实际问题的能力。不仅有效保证了变电站运行的安全程度和可靠程度，同时也提高了国家电网系统的安全性，使得社会的日常工作能够顺利进行，不会威胁到社会用电的安全高效性。还可以加强人们对故障和问题的警觉性，提高了工作人员发现问题的能力，对于确保供电的安全、稳定、持续性有着积极的促进作用。

3.3.红外线热像仪和比较老式的检测方式相比具有很大的不同之处，这包括红外线热像仪的精确度更胜一筹。拥有更高的精度值、分辨率更高，测温迅速、直观，同时还能够有效存储在检测数据时涉及到得一连串的数字信息，但是存储的空间还是比较有限的。另外技术操作的工作人员也曾经说明自己使用的热成像仪重量过大，且成本费用比较大，在这样的情形下，使用起来也不够方便，由这些不足可知，想要使红外线热像仪成为日常检测中的工具是存在一定的资金和技术困难的。现阶段通常使用的变电站设备的检测要求要每月至少进行一次全站设备的红外测温，这样的标准的制定依据是季节的变化来定的。要做好定期的检查和维护，以便相对地延长使用寿命和及时提高使用质量，保证系统准确无误地运行。该检测仪器的最主要的特点就是它本身具有的系统，可以任意的自动保存对设备温度的检测数据，并对设备的实时情况进行录像。一旦红外线热像仪发现变电站设备出现温度异常时，系统难以正常运作，会自动进行长时间的鸣笛，或者是闪烁屏幕的方式，来提醒管理人员注意，这就很好地做到了监控、记录、报警、分析等的有机相结合，不仅降低了电力企业的人力物力消耗，同时极大地提高了测量的准确性和时效性。同时，监控中心也可以通过监控软件对辖区内全部的变电站进行实时监控，并通过网络将各站点采集到的监测数据储存到主计算机中，有效将红外线远程监控系统的信息化、智能化、网络化水平提升到了一个更高的层次。

4总结：

综上所述，红外线热像仪在变电站设备运行的过程中以及对设备的故障检测方面具有很重要的实际应用价值，而且能够取得非常好的检测效果，但是选择这种检测方法也有一些需要注意的事项，例如要确保红外线热像仪无任何安全问题，还要注意将使用成本控制在一定范围之内，以达到经济效益和社会效益的高度统一。

参考文献：

[1]黄志鹄．红外线热像仪在变电站得设备运行中与故障分析中的实际应用探析[J]．中国高新技术企业，2011(1)

[2]李晓刚，付冬梅．红外线热像仪的检测与诊断技术[M]．北京中国电力出版社，2006

[3]叶玉堂，刘爽．红外线与微光技术[M]．北京国防工业出版社，2010