紅外測溫技術在檢測電氣設備發熱缺陷工作中的應用

劉姣

摘要：隨著我國紅外測溫技術的不斷發展，有必要研究其在檢測電氣設備發熱缺陷工作中的應用。本文首先介紹了紅外測溫技術的基本原理及檢測條件，分析了影響紅外測溫結果的主要因素，探討了電氣設備發熱缺陷類型與特點，研究了其在檢測中的判斷方式。

關鍵詞：紅外測溫技術；檢測電氣設備；發熱缺陷；應用

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

一、前言

作為一項實際應用效果極為理想的測溫技術，紅外測溫技術在近期得到了長足的發展。研究紅外測溫技術在檢測電氣設備發熱缺陷工作中的應用，有利于更好地將紅外測溫技術融入實踐之中，并得到較為理想的發熱缺陷檢測結果。

二、紅外測溫技術的基本原理及檢測條件

1.基本原理

電氣設備由于自身的電子運動，會不停地向外輻射紅外熱能，從而在物體表面形成一定的溫度場，并且溫度越高，則紅外輻射越強。紅外測溫技術正是利用紅外測溫儀通過測量物體表面的紅外輻射能量來顯示物體表面溫度。紅外測溫儀由光學系統、光電探測器、信號放大器、信號處理及顯示輸出等部分組成。光學系統匯聚其視場內的目標紅外輻射能量，紅外能量聚焦在光電探測器上并轉變為相應的電信號，該信號再經換算轉變為被測目標的溫度值輸出于顯示屏，從而根據顯示的溫度高低來判斷電氣設備是否存在有潛在故障及其嚴重程度。

2.檢測條件

利用紅外線測溫儀在現場檢測電氣設備溫度時，往往受到一系列客觀因素的限制，如環境溫度（尤其是太陽輻射）、濕度、風速以及檢測距離等，導致出現同一設備因檢測條件的不同而出現不同的檢測結果，影響檢測溫度的準確性。因此，為了提高檢測準確性，必須注意:

（1）根據被測電氣設備選擇型號合適的測溫儀。如測溫范圍應在-20℃-300℃之間，距離系數應在300：l以上，選擇可調節發射率的測溫儀等。

（2）在進行紅外測溫時，盡量保證電氣設備在額定電壓和滿負荷狀態下運行。因為只有當設備在額定電壓下運行，而且負荷較大時，故障點的發熱及溫升比較明顯，測得數據才更具有真實性。

（3）在保證人身和設備安全的前提下，測溫時應盡量靠近被測設備，如果測量三相設備時，則測量每一相時的距離應相同。同時注意所測溫度是指被測設備的表面溫度。

三、影響紅外測溫結果的主要因素

1.環境溫度

以前，我們存在一個思維誤區，就是把氣溫等同于環境溫度，在設置紅外熱像儀內環境溫度參數時，直接使用當時的氣溫值。這種方法是錯誤的。正確的方法是以與待測設備處于同一環境下的同類型非運行狀態設備的溫度作為環境溫度。我們在氣溫為6℃的戶外測得一組已停役的跌落式熔斷器溫度為4℃，而當時一組在運狀態的跌落式熔斷器三相平均溫度在5℃和6℃之間，如果環境溫度選取不當，就會出現設備溫度低于環境溫度的假象，影響我們對設備狀態的正常判斷。

2.測量距離

紅外成像儀是以接收物體自身輻射的紅外線來生成熱像圖的，距離越遠，紅外輻射衰減越多，這也會造成測得溫度偏低。紅外成像儀測溫所得設備溫度會隨測量距離加大而變低，偏低的程度跟被測物材料有關。由于測量距離越近時測量越準確，所以我們在測量時，應盡量靠近被測設備，若確實條件不足需遠距離測量，則應考慮給予一定量的溫度補償。

3.輻射率

輻射率是一個物體相對于黑體輻射能力大小的物理量，它除了與物體的材料形狀、表面粗糙度、凹凸度等有關，還與測試的方向有關。若物體為光潔表面時，其方向性更為敏感。不同物質的輻射率是不同的，紅外測溫儀從物體上接收到輻射能量大小正比于它的輻射率。在實際的檢測過程中必須注意不同物體和測溫儀相對應的輻射率，對輻射率的設定要盡量準確，以減小所測溫度的誤差。

4.周圍熱源

有時，我們在拍攝設備時，把太陽也放在了視野范圍內，后期利用軟件對熱像圖進行分析的時候，由于太陽過高的絕對溫度，使得除了太陽一個亮點外，其他所有設備只顯現出一種顏色，不利于我們發現過熱故障點，也妨礙了與其他熱像圖進行對比。所以我們在測量時，要注意避開設備周圍熱源，最好選擇在陰天或者夜晚進行拍攝。

四、電氣設備發熱缺陷類型與特點

從位置上來看，電氣設備的發熱缺陷主要分為兩種缺陷，內部缺陷與外部缺陷。

外部缺陷主要是指致熱效應部位外露，局部過熱后傳導到其他部位，在紅外圖像中，將會顯示出以此為中心的熱場圖，可以進行直觀判斷出故障的部位，并能直接檢測缺陷。它的故障原因主要由：接著連接不好，螺栓沒有完全壓緊；接觸面長期運行而氧化；大氣中有腐蝕氣體、灰塵；設備本身的材質質量不佳，安裝過程不良；機械振動導致的導體實際截面降低；電流不穩等等。

內部缺陷主要是指致熱部位被封閉，通過與故障部位相接觸的液體、氣體、固體發生熱交換，這種發熱過程相對較長，穩定進行，要通過紅外成像，對設備表面的溫度場進行充分比較分析才能確定出缺陷。電氣設備內部熱缺陷的主要原因有以下幾種：內部導電部分連接不良、觸頭接觸電阻過大；內部受潮；絕緣材料老化嚴重；電壓分布不均、泄露電流過大；內部潤滑不良、缺油。

五、紅外測溫技術在檢測電氣設備發熱缺陷中的判斷方式

1.表面溫度

將被測設備各檢查點的實際表面溫度值和《帶電設備紅外診斷技術應用導則》中的相關規定來實施比較，選出變壓器等相關主設備的正常相以及環境參照體等。利用所測得設備表面溫度值，結合環境情況、設備負荷情況、高壓的開關設備、氣候條件、控制設備中的各部件、絕緣材質溫度、材料以及溫升極限等各種因素來明確其缺陷的屬性。該判斷方式便于操作，且實用性較好，取得的成效也較好。但是要注意一點的是，在故障點的發熱情況不是明顯且負荷不大時，采用該方法的話，不可確保其做出的故障判斷的正確性。對此，該方法只適合用在不太復雜外部熱故障的判斷上。

2.相對溫差

為了更好地利用該技術，使其做出的故障分析更為合理且科學，對于電流致熱型的設備而言，若設備導流部分的熱態處于不正常狀態的時候，應該實施準確地合理地測溫，可基于下列這一公式來計算出其相對的溫差值，即（T1-T2）（T1-T0）×100%，在該公式中，T1為發熱點溫度，T2表示正常相溫度，T0為環境參照體溫度。在正常的情況下，在進行電流致熱設備的判斷時，一般采用相對溫差，以此在明確紅外診斷結果的時候，可不受負荷以及周圍環境溫度的限制或者影響。

3.同類對比法

從其字面上來理解，所謂同類對比法就是對同類設備實施比較，即同設備中的三相與同回路中的同型設備，就其運行情況、環境溫度等進行比較。該方法在實際操作過程中，主要是對同類設備所對應位置的溫度值進行對比。在采用這種方式進行監測時，應注意同設備中三相同時產生發熱故障這一可能性。該方法的適用范圍較廣，可用于電流致熱設備與電壓致熱設備。除了上述這些方法外，其判斷方式還包括檔案分析法與熱譜圖分析法，其中檔案分析法就是基于對各時期檢測數據的分析，判斷設備參數變化速率以及變化趨勢，但要注意的是在采用該方法時，必須要在具備充分的紅外檢測設備數據的前提下才可執行。

六、結束語

通過對紅外測溫技術在檢測電氣設備發熱缺陷工作中的應用研究，我們可以發現，影響紅外測溫結果的主要因素是多方面的，在實踐中要注意控制。有關人員應該從電氣設備的客觀實際出發，研究制定最為科學合理的紅外測溫檢測應用方案，以得到精確的檢測結果。

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