红外成像测温技术在变电站中的应用

李剑锋李菲菲延建志卫红霞

摘要：随着我国科技快速的发展，红外成像测温技术在变电站中的应用越来越广泛。红外线成像测温技术应用在变电站中，可有效实现站内电力设备的快速、准确以及实时监测功能，检修人员可及时对缺陷设备进行维护，有效降低了变电站设备的故障率，提高了配电网供电可靠性。

关键词：红外成像测温技术；变电站；应用

引言

变电站一次设备是输电系统中重要的组成部分，它是指输配电能的设备，经这些设备电能进行传输，最终将电能送到各用户端使用，所以巡视变电站电气设备是电气工作人员每天必修的课程。对电气设备的检测手段方法一般就是传统的方法对监测电气设备的运行情况，但是检测的方法主要是以人眼观测为主。因此，尤其是在夏季电力紧张、安全形势严峻，对供电可靠性和安全性要求越来越高的情况下，应用红外成像测温技术检测设备的运行状况是势在必行的。

1红外成像测温技术的概述

外成像仪是利用红外探头、光学镜头及扫描系统，对向外辐射发出热量的物品进行记录，最终把电信号变换为红外图片。辐射指的是在没有介质直接传输的情况下发生的辐射能（电磁波）的运动。在绝对零度以上（273℃）的物体都有辐射。利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布格局反映在感光元件的红外探测器的红外热像仪，得到红外热成像，图像和相应的热分布的表面。一般来说，红外热像仪是将物体的可见红外能量转换为可见图。图中不同颜色代表不同温度，可以观察到被测目标的总体温度分布，从而判断未来的温度分布。国内外对此已有所涉及。千里之堤毁于蚁穴，通过利用红外热像仪，可以对如对变压器、高压套管、断路器、隔离开关、输电线路金具、电力电子电容器以及瓷质复合绝缘子等具有热效应的电力设备的诊断，达到对缺陷进行探测的目的。防患于未然。通过大量实际经验可知，设备故障的原因大致有以下几类：（1）人为设计或制造工艺不良导致连接点或触头接触不良，使电阻过大。（2）长期受环境因素影响，如绝缘子长期受风吹日晒工作环境恶劣，使其绝缘性能下降，绝缘介质老化。（3）内部元件缺陷或受潮使得介质损耗功率增大，致使发热增加。（4）内部设备缺绝缘油、润滑油时会造成绝缘材质的绝缘性下降，产生引起局部放电的隐患。

2电力系统红外检测原理

2.1红外成像仪的基本原理和系统构成

由于分子和原子的无规则不断运动，电气设备表面会不断发射红外电磁波，红外电磁波波长范围为0.75-1000μｍ。如图1所示，红外线热像仪一般使用的波段为：短波3-5μｍ；长波8-14μｍ。红外线依据波长大小可划分为：近红外0.75-3μｍ；中红外3-6μｍ；远红外6-15μｍ极远红15-1000μｍ。红外线热像仪的工做波长一般为8-14μｍ。如图２的红外成像仪结构示意图所示，红外成像仪是把电气设备表面的温度分布信号，通过红外电磁辐射信号的方式，传输至二维焦平面列阵探测器上，再是信号处理器将电磁信号转变为视频信号，最后将电气设备表面温度分布的热像图通过终端显示器显示出来。具体而言，红外线热像仪就是将电力设备发出的不可见红外电磁波转变为可视化的热图像。红外成像仪具备出现优化处理子模块，有效提高设备温度测量精确度，同时红外成像仪具有视频图像和故障分析显示功能。红外成像仪能够将光学系统捕捉到的模拟信号最终转换成标准的电视信号。

图1

2.2基于红外成像仪的电力设备故障监测判据

表面温度判断法表面温度判断法较为简单，设备的温度超过了国标规定温度范围则可以认为故障。实际监测中要综合考虑负荷率大小、设备型号和规格以及温升超标的幅度来判断设备缺陷度。绝对温度报警法绝对温度报警法即通过判断设备表面温度与临界阈值的关系，并发出相应级别的预警。根据表面温度测量值，可判断电气设备的缺陷等级，即：（1）危急热缺陷：物体表面测量温度超过90℃；（2）严重热缺陷：物体表面测量温度超过75℃；（3）一般热缺陷：物体表面测量温度超过60℃；（4）热隐患：物体表面测量温度超过50℃。绝对温度报警法可能会受到天气情况、环境温度等外部条件的干扰，且可能会导致系统出现误判，实际监测过程中该方法仅可以作为辅助温度判断依据，使电力工程人员对当前电力设备的运行情况作初步了解。

图2

2.3基于红外成像仪的温度测量

通过红外成像仪获取热图像灰度，从而实现电力设备表面温度的测量。基于红外成像仪的温度测量主要有模拟量测温、智能化测温。模拟量测温传统红外热像仪通过输出模拟的视频信号，实现温度测量功能。而电力设备温度与红外成像仪的输出视频信号为非线性关系，因此，系统需通过制定精确曲线，并且将所测结果转换为被测目标的表面温度。而若要精确测定电力设备的温度，则需要一个已知的热像参考温度，同时参考温度大小与被测物体的温度值保持一致。综合而言，模拟量测温方法较为复杂且精度不高。智能化测温智能化测温方法是通过内部的微处理器的A／D转换器与多路模拟开关来获取参考温度电压值和物体测量图像信号电压值，再按照各自的数学关系来计算温度，并且，利用计算机程序来修正温度测量值，从而获得被测物体表面真正的温度值；同时，内部微机处理系统也有效避免了模拟量的叠加与非线性处理过程，该方法相比模拟量法测温，有效提高了测量精度。

3红外成像测温技术在变电站中的应用

在变电站中，工作人员必须完成的重要任务之一就是每天巡视设备的运行情况，在检测时可以采用目测、听、闻等方法，但一般都采用目测为主要方式。采用目测也有它自身的局限性，比如一些还会继续发展的异常情况，尤其是存在于设备内部的问题，只有设备自身发热到达一定程度才能被目测出来，这就导致问题和异常不能得到及时的发现和处理，同时还可能极大地损伤工作设备。而在变电站的巡视工作中应用红外线成像测温技术就能很好的提高对异常的鉴别率，同时也能在重大节日期间保证供电的安全持久。变电站在应用红外成像仪进行每天的巡视工作时，能够很清楚的观测出设施的温度场，从而能够准确把握设备的整体温度，及时发现不同位置处的异常，红外成像测温技术的优点很多，比如可靠、稳定、测温快、准确率高、信息收集和处理方便等，这些都是普通测温器不具备的。但是它也不是完美无缺的，由于其体积较大、价格较贵、使用不便等缺陷使得日常使用不够方便，但是在每季度进行测评、定期夜查或用电高峰期检查时使用可以得到不错的检测效果。加强了巡视检查，对变电站一次设备全体应用了红外成像测温技术，以保障夏季供电能够持续安全的进行。

结语

综合上述，红外成像测温技术是一项较传统检测方法有较大优势的检测技术，能够对电力系统中的电气设备运行情况进行直观而准确地判断，提高了设备运行水平，解决了传统检测方法存在的问题，排除了电网可能存在的安全隐患，加快了实现变电站无人值守的步伐。

参考文献：

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