影響帶電設備紅外檢測及診斷的因素

邱東曉，陳永根，劉 偉，倪 堃

(嘉興電力局，浙江 嘉興 314000)

紅外檢測系統(tǒng)在電力系統(tǒng)內(nèi)的使用范圍包括：各類一次設備與其他金屬部件的連接處及金屬部件與金屬部件連接處的測溫、各類支持絕緣子的表面及內(nèi)部缺陷檢測、二次回路的紅外測溫等。紅外檢測系統(tǒng)相對其他測溫手段來說，具有不停電、不取樣、不接觸、準確靈敏、快速安全、應用范圍廣等優(yōu)點。但帶電設備紅外檢測及診斷結(jié)果也經(jīng)常受到一些因素的干擾。

1 檢測環(huán)境的影響

在一個開放的環(huán)境中，當設備上通有電流或加以電壓時，設備自身將會發(fā)熱，同時也在不斷向周圍環(huán)境散熱。熱量的產(chǎn)生與散失在穩(wěn)定狀態(tài)下達到一個平衡，表現(xiàn)在溫度上就是設備溫度總略高于環(huán)境溫度，當環(huán)境溫度變化時設備溫度也隨之變化。因此，在單以設備溫度或溫差來對設備狀況作出判斷時，環(huán)境溫度是影響判斷結(jié)果的一個重要因素。

在晴好天氣下，太陽光會給紅外檢測帶來較大的影響。一方面，由于太陽輻射的加熱作用，暴露在陽光下的設備表面溫度將會顯著升高，而背蔭部分溫度則幾乎沒有變化。這樣，同一設備的不同部分就出現(xiàn)了表面溫差。在夏季晴朗的午后，這種溫差最高可以達到20～40 ℃，如此顯著的不平衡受熱將會掩蓋設備真正缺陷的溫度特征，使測量者無從判斷。另一方面，當陽光照射在光滑設備表面時，由于鏡面反射，大部分能量將被反射出去。這部分反射的能量包含了太陽輻射的信息，而非被檢測設備的信息。在一定的角度下，測溫儀捕捉到的紅外輻射可能正好包括這部分反射的能量，這樣測得的設備溫度也就與設備的實際溫度相差很大。

環(huán)境因素中大氣條件也對紅外檢測十分重要。紅外輻射在傳輸過程中，總會受到水蒸氣、二氧化碳、臭氧、甲烷等氣體分子的選擇性吸收。在紅外線的高透過區(qū)域，此類吸收已變得微乎其微，測溫儀一般選用3～5 μm的中紅外大氣窗口。但是在遠距離的紅外檢測中，大氣影響還是存在的。大氣中的氣體分子和懸浮顆粒會對通過其間的紅外線形成散射，尤其是在空氣濕度較大時，空氣中的小水滴黏附于固體塵埃上，形成霧或霾，可以使相當一部分能量在傳輸過程中被衰減，難以測得設備的準確溫度。

2 設備因素的影響

2.1 負荷

電力系統(tǒng)中的設備以電流致熱型為主，設備發(fā)熱量的多少直接取決于設備的負荷，亦即流過設備的電流的大小。設備在小負荷狀態(tài)下運行，如負荷低于30 %時，由于流過的電流小，散熱條件好，即使連接處存在一定缺陷，其溫度相對于環(huán)境溫度也不會有明顯的升高，缺陷就被掩蓋了。但一旦負荷增大，缺陷點的溫度就會直線上升，甚至將連接處燒斷，釀成事故。

2.2 被測設備的表面情況

根據(jù)普朗克輻射定理得知，物體的輻射強度與物體溫度、表面的輻射能力有關。表述物體表面輻射能力的參數(shù)是比輻射率，其定義為輻射源的輻射出射度與具有同一溫度的黑體的輻射出射度之比。比輻射率是材料種類及表面磨光程度的函數(shù)，數(shù)值介于非輻射源的0和黑體的1之間。表1是不同材料在不同的表面狀況下的比輻射率。

從比輻射率的定義可知，即使設備的實際溫度相同，由于發(fā)射能力不一樣，在同一個輻射率下由紅外儀器測得的溫度也是不一樣的。如變電設備實際測量中，比輻射率一般選取0.9，這樣測得裸露金屬部件的溫度是比較準確的；而瓷套和帶漆金屬的溫度則有所偏差，這是因為瓷套類設備的比輻射率一般為0.92，帶漆金屬類設備的比輻射率一般為0.94。

表1 不同材料的比輻射率

2.3 設備故障點大小

紅外檢測系統(tǒng)在實際使用中存在空間分辨率的問題。測溫畫面上光標跟隨點的溫度，并非就是發(fā)熱處的點溫度，而是反映十字光標所在小區(qū)域溫度的平均值。所以，當設備的發(fā)熱點過小或者距檢測設備太遠，發(fā)熱點的圖像不足以填滿測溫區(qū)域時，所顯示的溫度并不能代表設備故障點的真實溫度。如在線路設備測溫中，色標顯示故障點溫度較高，實際測得溫度卻很低，其原因就是距檢測設備太遠，發(fā)熱點相對太小，實際測得的溫度為發(fā)熱點和天空背景這一區(qū)域的平均溫度。

另外，對GIS、開關柜等封閉設備，目前還不能直接通過紅外檢測手段進行檢測，這也是目前紅外檢測系統(tǒng)在電力系統(tǒng)應用中的一個局限之處。

3 建議

帶電設備紅外檢測及診斷結(jié)果主要受到環(huán)境溫度、濕度、陽光、風速和設備的負荷、材料、表面光潔度、設備的結(jié)構(gòu)、故障點大小及遠近等因素的共同影響。結(jié)合這些影響因素，對帶電設備紅外檢測的使用提出如下建議。

(1) 檢測環(huán)境溫度一般不宜低于5 ℃，空氣濕度不大于85 %，風速不大于5 m/s，氣候以陰天、多云為宜，避開陽光直接照射或反射入鏡，也不應在有雨、霧、雪等天氣情況下進行檢測。

(2) 盡量選擇在設備負荷高峰時測量，一般不應低于額定負荷的30 %，并盡量靠近被測設備；線路設備檢測宜配有中長焦距鏡頭。

(3) 診斷上以溫升和相對溫差判斷為主，溫度判斷為輔，注重同類設備之間溫度上的差異。

(4) 建議設備預試前后進行紅外普測，測試時結(jié)合預試數(shù)據(jù)使之相互印證，為紅外診斷技術積累量化評估經(jīng)驗。

1 袁世祿.紅外診斷技術在電氣設備狀態(tài)檢修中的應用[J].華北電力技術，2000(08).

2 邱毓昌，施 圍，張文元.高電壓工程[M].西安：西安交通大學出版社，1995.