一、紅外診斷的基本原理和技術(shù)特點(diǎn)
物體通過電磁波來傳遞能量的過程叫輻射，因熱的原因而發(fā)生輻射能量的過程稱為熱輻射。物體的溫度不同，其輻射的能量就不同，輻射波的波長也不同，但總包含紅外輻射能量在內(nèi)。根據(jù)這一特性，運(yùn)行中電氣設(shè)備出現(xiàn)的熱缺陷均在紅外診斷的范圍內(nèi)。紅外輻射是電磁波的一部分，0.7~14μm的光譜范圍被廣泛應(yīng)用于紅外測量以精確地測量物體溫度。紅外測溫儀可對不同表面類型的材料進(jìn)行快速準(zhǔn)確的溫度測量.紅外診斷的基本原理就是利用紅外測溫移嘆寸電力設(shè)備的熱狀態(tài)分布的狀況進(jìn)行診斷。這是一門新興的科學(xué)技術(shù)，與傳統(tǒng)的預(yù)防性試驗(yàn)和離線診斷相比，具有下列特點(diǎn):
(1) 不接觸、不停運(yùn)、不取樣、不解體。
(2) 可以及時發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中設(shè)備的異常征兆，避免發(fā)生事故。
(3) 可以實(shí)現(xiàn)大面積快速成像，狀態(tài)顯示快捷、靈敏。
(4) 可以定性反映設(shè)備的故障存在與否，也能定量地反映故障的程度。
(5) 對老舊或存在隱患的設(shè)備，可以隨時跟蹤監(jiān)視其運(yùn)行狀態(tài)和壽命。
二、紅外測溫的檢側(cè)儀器及對其要求
非接觸式紅外測溫儀包括便攜式、在線式和掃描式三大系列。目前用于電力系統(tǒng)紅外測溫的檢測儀器可以分為四類，即紅外測溫儀、紅外行掃儀、紅外熱電視和紅外熱像儀。
1.紅外測溫儀
紅外測溫儀〔見圖15-1 (a)]是根據(jù)被測目標(biāo)的紅外輻射能量與其溫度具有固定函數(shù)關(guān)系而制成的。由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。其價格較低，輕巧便攜、堅(jiān)固耐用，在電力系統(tǒng)中使用較普遍。
對紅外測溫儀的要求是:操作簡單，攜帶方便，測量精確度較高，測量的重復(fù)性要好，不受測量環(huán)境中高壓電磁場的干擾。
2.紅外行掃儀
這是一種紅外線自動記錄溫度的紅外線掃描儀，掃描儀使用光學(xué)儀器和不同的探出器。對紅外行掃儀的要求是:操作簡單，攜帶方便，測溫精確度高，測量的重復(fù)性好，不受測量環(huán)境中高壓電磁場的干擾;儀器的距離系數(shù)應(yīng)滿足實(shí)測距離的要求，以保證測量結(jié)果的真實(shí)性。
3.紅外熱電視
紅外熱電視是采用熱釋電靶面探測器和標(biāo)準(zhǔn)電視掃描方式，被測目標(biāo)的紅外輻射通過熱電視的光學(xué)系統(tǒng)聚焦到熱釋電靶面探測器上，用電子束掃描的方式得到電信號，然后經(jīng)過放大處理，便可將可見光圖像顯示在熒光屏上。
對紅外熱電視的要求是:操作簡單，攜帶方便，有較好的測溫精確度，測量的重復(fù)性要好，不受測量環(huán)境中高壓電磁場的干擾，圖像清晰，具有圖像鎖定、記錄和輸出功能。
4.紅外熱像儀
紅外熱像儀[見圖15-1 (b)]是通過非接觸探測紅外熱量，并將其轉(zhuǎn)換生成熱圖像和溫度值，進(jìn)而顯示在顯示器上，并可以對溫度值進(jìn)行計算的一種探測設(shè)備。它能夠?qū)⑻綔y器的熱量精確量化，對發(fā)熱的故障區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確識別和嚴(yán)格分析。在電力系統(tǒng)中，這種儀器得到了較廣泛的應(yīng)用。
對紅外熱像儀的要求是;圖像清晰、穩(wěn)定，不受測量環(huán)境中高壓電磁場的干擾，具有必要的圖像分析功能和較高的溫度分辨率，空間分辨率能滿足實(shí)測距離的要求，具有較高的測量精確度和合適的側(cè)量范圍。這是一種行之有效的精密診斷方法，大量用于電力設(shè)備的外部過熱缺陷和內(nèi)部故障診斷上。
三、紅外線監(jiān)測對被側(cè)設(shè)備和環(huán)境的要求
1.對被檢測設(shè)備的要求
(1) 應(yīng)為帶電設(shè)備。
(2) 檢測時在保證人身和設(shè)備安全的前提下，應(yīng)打開遮擋紅外輻射的門或蓋板。
(3) 新設(shè)備選型時應(yīng)考慮進(jìn)行紅外檢測的可能性。
2.對檢測環(huán)境的要求
(1) 檢測目標(biāo)和環(huán)境溫度不宜低于5℃，如果必須在低溫下檢測，應(yīng)注意儀器自身的工作溫度要求。
(2) 空氣濕度不宜大于85%，不應(yīng)在有雷、雨、霧、雪及風(fēng)速超過0. 5m/s的環(huán)境下進(jìn)行檢測。若風(fēng)速有變化，應(yīng)記錄并加以修正。
(3) 室外檢測應(yīng)在日出之前、日落之后或陰天進(jìn)行，以使測溫免受光線影響。
(4) 室內(nèi)檢測宜閉燈進(jìn)行，被測物應(yīng)避免燈光直射。
四、紅外線測溫診斷方法和判斷依據(jù)
1.表面溫度判斷法
根據(jù)測得的設(shè)備表面溫度值，對照表15-1和表15-2的有關(guān)規(guī)定，凡溫度(或溫升)超過標(biāo)準(zhǔn)者，可根據(jù)設(shè)備溫度超標(biāo)的程度、設(shè)備負(fù)荷率的大小、設(shè)備的重要性及設(shè)備承受機(jī)械應(yīng)力的大小來確定設(shè)備缺陷的性質(zhì);對在小負(fù)荷下溫升超標(biāo)或承受機(jī)械應(yīng)力較大的設(shè)備，要從嚴(yán)定性。
2.相對溫差判斷法
(1) 對電流致熱型設(shè)備，如發(fā)現(xiàn)設(shè)備的導(dǎo)流部分熱態(tài)異常，應(yīng)用紅外線檢測儀器進(jìn)行準(zhǔn)確測溫，按式(15-1)算出相對溫差值，按表15-3的規(guī)定判斷設(shè)備缺陷的性質(zhì)。
相對溫差值為
δt=(t1-t2)/t1*100%
=(T1-T2)/(T1-T0)*100%
式中 t1、T1——發(fā)熱點(diǎn)的溫升和溫度；
t2、T2——正常相對應(yīng)點(diǎn)的溫升和溫度;
T0——環(huán)境參照體的溫度。
(2) 對于負(fù)荷率小、溫升小但相對溫差大的設(shè)備，如果有條件改變負(fù)荷率，可增大負(fù)荷電流后進(jìn)行復(fù)測，以確定設(shè)備缺陷的性質(zhì)。當(dāng)無法進(jìn)行此類復(fù)測時，可暫定為一般缺陷，并注意監(jiān)視。
3.同類比較法
(1)在同一電氣回路中，.當(dāng)三相電流對稱和三相(或兩相)設(shè)備相同時，比較三相〔或兩相)電流致熱型設(shè)備(即電流作用引起的設(shè)備的發(fā)熱，如開關(guān)、導(dǎo)線接頭、線夾等)對應(yīng)部位的溫升值，可判斷設(shè)備是否正常。若三相設(shè)備同時出現(xiàn)異常，可與同回路的同類設(shè)備比較。當(dāng)三相負(fù)荷不對稱時，應(yīng)考慮負(fù)荷電流的影響。
(2)對于型號規(guī)格相同的電壓致熱型設(shè)備(即電壓作用引起的設(shè)備的發(fā)熱，如配電變壓器、避雷器、電力電纜等)，可根據(jù)其對應(yīng)點(diǎn)溫升值的差異來判斷設(shè)備是否正常。電壓致熱型設(shè)備的缺陷宜用允許溫升或同類允許溫差的判斷依據(jù)確定。一般情況下，當(dāng)同類溫差超過允許溫升值的30%時，應(yīng)定為重大缺陷。
當(dāng)三相電壓不對稱時，應(yīng)考慮工作電壓的影響。
4.熱譜圖分析法
根據(jù)同類設(shè)備在正常狀態(tài)和異常狀態(tài)下的熱譜圖的差異來判斷設(shè)備是否正常。
5.檔案分析法
分析同一設(shè)備在不同時期的檢測數(shù)據(jù)(如溫升、相對溫差和熱譜圖)，找出設(shè)備致熱參數(shù)的變化趨勢和變化速率，以判斷設(shè)備是否正常。
五、紅外線測溫溫度的計算
由于電氣設(shè)備運(yùn)行在不同的環(huán)境溫度和不同的負(fù)荷狀態(tài)，除了采用上述所使用的幾種診斷方法外，有時還需要將試驗(yàn)結(jié)果歸算到額定的電流和環(huán)境溫度，以便進(jìn)行分析比較。為此下面推薦一種修正計算方法，供讀者參考。
為了說明修正計算方法的運(yùn)用，下面舉例說明:
低壓斷路器的額定電流為Ir,100A;
測量時通過的負(fù)荷電流為Im,30A;
測量時的環(huán)境溫度為Tma, 20℃。
對于低壓斷路器的端子連接到母線(或電纜)的標(biāo)準(zhǔn)溫度為95℃，環(huán)境溫度為40℃。有下列公式
Ttc=(Trt——Tra)(Im/Ir)n+Tma
式中 Ttc——修正后的總溫度，℃;
Trt——總的額定溫度，℃;
Tra——額定環(huán)境溫度，℃;
Im——測得的電流，A;
Ir——額定電流，A;
Tma——測得的環(huán)境溫度，℃;
n——指數(shù)，平均為1.8 (1.6-2.0)。
將上述數(shù)值代入得:Ttc=(95-40)(30/100)²十20=24.95(℃)
由紅外線掃描儀測得的溫度為31℃，高于修正值，說明有過熱現(xiàn)象。表15-4中列出了導(dǎo)體載流量的溫度校正系數(shù)。
六、電力設(shè)備故障的紅外診斷
電力設(shè)備的故障有多種多樣，但大多數(shù)都伴有發(fā)熱的現(xiàn)象，從紅外診斷的角度看，可分為外部故障和內(nèi)部故障兩大類。
(1) 設(shè)備的外部故障.這是指設(shè)備的發(fā)熱部位裸露在環(huán)境中，采用紅外測溫儀可以直接對其溫度進(jìn)行測試，并確定發(fā)熱部位的具體位置。外部故障一般占設(shè)備故障的90%~93%。造成其發(fā)熱的原因主要是設(shè)備部件的接觸電阻增大。
(2) 設(shè)備的內(nèi)部故障。這是指設(shè)備的發(fā)熱部位封閉在設(shè)備的內(nèi)部，無法用紅外測溫儀直接觀察，確定故障的具體部位，只能獲取設(shè)備表面的熱分布圖，進(jìn)行分析、類比，加以判斷。內(nèi)部故障一般占設(shè)備故障的7%-10%。造成其發(fā)熱的原因主要有:
①內(nèi)部電氣連接或接觸不良;
②內(nèi)部絕緣介質(zhì)劣化、受潮使介質(zhì)損耗增大而引起發(fā)熱。
(3)采用紅外測溫技術(shù)可以對設(shè)備熱故障進(jìn)行如下診斷工作:
1) 發(fā)電機(jī)和電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測與故障診斷，電刷和集電環(huán)接觸狀態(tài)檢測，內(nèi)部(如繞組、接頭、鐵芯等)過熱檢測。
2) 變壓器和電抗器運(yùn)行狀態(tài)檢測，內(nèi)部異常發(fā)熱，箱體過熱，引線接頭連接不良，套管、儲油柜缺油等。
3) 各種導(dǎo)電接頭、線夾的氧化腐蝕及連接不良。
4) 高壓斷路器的觸頭接觸不良。
5) 隔離開關(guān)接觸不良。
6) 電流互感器和電壓互感器的內(nèi)、外部的連接不良，繞組過熱、缺油等。
7) 電容器過熱，絕緣不良，缺油等。
8) 避雷器內(nèi)部受潮，元件老化或非線性特性異變，整體或局部發(fā)熱。
9) 絕緣子表面污穢，零值絕緣子檢測，劣化絕緣子檢測，線夾接觸不良等。
10) 電力電纜接頭接觸不良，電纜頭絕緣不良，整體發(fā)熱等。
11) 其他電氣設(shè)備接頭接觸不良、發(fā)熱等。
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