紅外熱成像技術(shù)在高壓電氣設(shè)備診斷的應(yīng)用

【摘要】 紅外熱成像技術(shù)在能量探測(cè)、溫度檢測(cè)等方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。本文首先從原理、應(yīng)用要點(diǎn)和重要性三方面闡述紅外熱成像技術(shù)，隨后探討紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用路徑和方向。

【關(guān)鍵詞】 紅外熱成像;電氣設(shè)備;診斷

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.05.017

Application of Infrared Thermal Imaging Technology in Diagnosis of High Voltage Electrical Equipment

CHEN Hui

（School of Electrical and Energy Engineering，Nantong Institute of Technology，Nanton 226000，China）

Abstract： Infrared thermal imaging technology has incomparable advantages in energy detection and temperature detection. In this paper，the principle of application points and importance of infrared thermal imaging technology are described，and then the application path and direction of infrared thermal imaging technology are discussed.

Key words： infrared thermal imaging;electrical equipment;diagnosis

1 紅外熱成像技術(shù)概述

1）原理分析。高壓電氣設(shè)備發(fā)生故障的重要特征在于溫度過(guò)高，必然會(huì)產(chǎn)生大量熱輻射。紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用熱力學(xué)原理，利用紅外熱成像技術(shù)的收集效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)異常設(shè)備熱輻射的收集效果，進(jìn)而形成反映紅外熱輻射的圖像。在檢測(cè)高壓電氣設(shè)備溫度的基礎(chǔ)上開(kāi)展分析工作，并將分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)值內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)量化處理理念與紅外熱成像檢測(cè)的融合效果。

2）應(yīng)用要點(diǎn)。高壓電氣設(shè)備診斷的重要任務(wù)在于電力設(shè)備故障識(shí)別，在識(shí)別設(shè)備故障時(shí)應(yīng)用紅外熱成像圖像技術(shù)，在定位連通區(qū)域的基礎(chǔ)上分析向量，從而確定連通區(qū)域樣本特征。獲取區(qū)域熱成像內(nèi)容后進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果標(biāo)識(shí)熱成像現(xiàn)象，為故障診斷做好準(zhǔn)備。

3）重要性。紅外熱成像技術(shù)在故障預(yù)判場(chǎng)景中有顯著的應(yīng)用價(jià)值，為高壓電氣設(shè)備維護(hù)提供有效的決策支撐。顯著提升電氣設(shè)備維護(hù)工作的精準(zhǔn)性，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備關(guān)鍵指標(biāo)的判斷能力，進(jìn)而精準(zhǔn)定位需要維護(hù)的設(shè)備組織。紅外熱成像技術(shù)也能夠在較短時(shí)間內(nèi)完成目標(biāo)設(shè)備的檢測(cè)工作，不僅解放電氣設(shè)備診斷體系中的人力資源，而且檢測(cè)過(guò)程對(duì)于高壓電氣設(shè)備體系的影響也相對(duì)較小。

2 故障診斷分析

1）發(fā)電機(jī)滑環(huán)應(yīng)用。發(fā)電機(jī)滑環(huán)工作狀態(tài)中可能存在與碳刷接觸不佳的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)滑環(huán)溫度提升。應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)執(zhí)行檢測(cè)任務(wù)時(shí)需要掌握發(fā)電機(jī)滑環(huán)的合理溫度值以及最高限值，平均溫度值為80 ℃，如果發(fā)電機(jī)滑環(huán)溫度高于110 ℃，意味著發(fā)電機(jī)滑環(huán)處于異常狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)檢測(cè)發(fā)電機(jī)滑環(huán)的故障原因并及時(shí)解決。

2）電動(dòng)機(jī)應(yīng)用。電動(dòng)機(jī)工作外殼溫度最大值105 ℃，溫升最大值為85 ℃，規(guī)定了電動(dòng)機(jī)工作參數(shù)限值。如果絕緣電動(dòng)機(jī)工作參數(shù)超出限制，意味著電動(dòng)機(jī)處于異常工作狀態(tài)，發(fā)生故障的概率增大。應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)能夠判斷絕緣發(fā)電機(jī)的表面溫度，并與在正常工作狀態(tài)下的絕緣發(fā)電機(jī)進(jìn)行比較，進(jìn)而定位絕緣發(fā)電機(jī)的故障位置。

3）電氣短路應(yīng)用。高壓電氣設(shè)備線路體系中可能會(huì)發(fā)生不同電位點(diǎn)的碰撞現(xiàn)象，由于產(chǎn)生的點(diǎn)位差導(dǎo)致的電流增大現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)短路回路的電流明顯超過(guò)正常范圍，進(jìn)而在電位碰撞點(diǎn)發(fā)生電火花現(xiàn)象，引起高壓電氣設(shè)備的金屬導(dǎo)線融化。在金屬導(dǎo)體可燃屬性明顯提升的情況下，容易激發(fā)可燃物質(zhì)的燃燒屬性，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備體系火災(zāi)。處理電氣短路的關(guān)鍵在于定位過(guò)熱點(diǎn)，應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)可以精準(zhǔn)定位溫度過(guò)高的電位點(diǎn)并進(jìn)行跟蹤，從而定位高壓電氣設(shè)備體系中的短路位置。

4）變壓器線夾應(yīng)用。變壓器線夾屬于高壓電氣設(shè)備體系中的故障高發(fā)點(diǎn)，應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)可以檢測(cè)這類設(shè)備故障。決定導(dǎo)線線夾工作屬性的關(guān)鍵因素在于壓接工藝精密度，如果壓接工藝精密度不足，導(dǎo)線線夾工作性能偏弱，降低導(dǎo)線與壓接管的接觸嚴(yán)密性，導(dǎo)線溫度由此會(huì)超過(guò)壓接管的溫度。應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)判斷故障的關(guān)鍵點(diǎn)就在于兩者之間的溫度差，如果溫度差脫離正常區(qū)間，則可以判定故障點(diǎn)以及變壓器線夾存在工藝缺陷。

5）電阻檢測(cè)。電阻過(guò)大現(xiàn)象在高壓電氣設(shè)備體系中屬于多發(fā)故障，電源線開(kāi)關(guān)位置、設(shè)備之間的連接點(diǎn)都是電阻過(guò)大的高發(fā)位置。如果發(fā)生接觸不良現(xiàn)象，意味著接觸位置的電阻值處于異常區(qū)間，通過(guò)高壓電氣設(shè)備回路的電流明顯偏大，進(jìn)而會(huì)造成局部范圍內(nèi)熱量的大量累積，提升金屬部件發(fā)生融化現(xiàn)象的概率。在高壓電氣設(shè)備金屬融化的情況下，設(shè)備體系絕緣層附近發(fā)生火災(zāi)的概率顯著提升。判斷連接點(diǎn)故障的關(guān)鍵在于測(cè)量連接點(diǎn)溫度，應(yīng)用紅外熱成像可以檢測(cè)連接點(diǎn)溫度并判斷是否存在異常，溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果能夠直接顯示。

3 紅外熱成像應(yīng)用拓展

1）專家系統(tǒng)概述。關(guān)于紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用，若要進(jìn)一步提升應(yīng)用效果，結(jié)合紅外熱成像技術(shù)特征建立專家系統(tǒng)很有必要。通過(guò)專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)熱成像圖的轉(zhuǎn)換效果，抽取其中數(shù)據(jù)信息并形成狀態(tài)溫度數(shù)據(jù)庫(kù)，方便后續(xù)工作的隨時(shí)調(diào)用。關(guān)于專家系統(tǒng)，以紅外熱成像技術(shù)反饋的圖像為基本材料，對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理后進(jìn)行識(shí)別，執(zhí)行溫度計(jì)算并比較判斷后將數(shù)據(jù)信息錄入到溫度數(shù)據(jù)庫(kù)，并將診斷結(jié)果輸出。

2）專家系統(tǒng)解析。專家系統(tǒng)具有解析紅外熱成像資料的性能，在獲取檢測(cè)圖片的基礎(chǔ)上確定其中的噪點(diǎn)內(nèi)容，執(zhí)行預(yù)處理后對(duì)于設(shè)備發(fā)熱現(xiàn)象進(jìn)行進(jìn)一步判斷，確定設(shè)備發(fā)熱的等級(jí)。利用專家系統(tǒng)可以判斷紅外線的功率以及電氣設(shè)備的溫度，在對(duì)比分析功率數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上形成診斷結(jié)果。

3）專家系統(tǒng)應(yīng)用。在此選擇變電站母線刀閘作為試驗(yàn)對(duì)象，根據(jù)對(duì)象特征建立實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并與專家系統(tǒng)相結(jié)合。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量獲取紅外熱圖像的一手?jǐn)?shù)據(jù)后，在專家系統(tǒng)中進(jìn)一步利用紅外熱圖像數(shù)據(jù)，由此開(kāi)展設(shè)計(jì)對(duì)比工作。例如高壓設(shè)備發(fā)生故障后，對(duì)故障的類型、特征進(jìn)行識(shí)別并確定誘發(fā)故障的原因，為處理高壓設(shè)備故障鋪平道路。

4 結(jié)語(yǔ)

在高壓電氣設(shè)備體系不斷升級(jí)完善的背景下，充分利用紅外熱成像技術(shù)，意味著設(shè)備故障診斷工作更加高效從容，為高壓電氣設(shè)備運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。

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【作者簡(jiǎn)介】

陳慧，女，1992年出生，助教，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)器視覺(jué)。