浅谈工业电气中的红外成像技术
[摘要]红外成像技术在电力系统中应用非常广泛，具有电流、电压致热效应或其他致热效应的各电压等级设备，包括电机、变压器、开关、套管、电容器、避雷器、电缆、母线、绝缘子、组合电器、低压电器及二次回路等，均可通过红外成像技术发现和诊断设备故障，其起着其它监测手段不可替代的作用。
[关键词] 红外成像；电气设备；应用
中图分类号：U224.9文献标识码：A
红外成像技术是不接触电气设备，在不停电的情况下进行电气设备故障检测和诊断的现代化手段。本文主要介绍红外成像技术在电气设备监测和故障诊断中的应用。
1红外成像技术原理：
红外热像仪是一种新型的光电探测设备，此技术是利用物体辐射出不同波长的红外线原理，将被测目标表面的热信息瞬间可视化，确定故障部位，并且在专业的分析软件帮助下，进行分析完成安全检测和电气预防性维护工作，这就是电力设备红外监测和故障诊断的基本原理。
2红外成像技术特点：
红外成像仪能很清晰地显示设备的温度场，对设备的整体发热情况作很直观的观察，对同一设备的不同点温度的异常也能很快发现，它具有稳定、可靠、测温迅速、分辨率高、直观、不受电磁干扰以及信息采集、存储、处理和分析方便等优点。红外成像采用非接触性测量，测量时可距被测设备几米甚至几十米，因此对工作人员十分安全；不需设备停电，它可以在设备正常运行的情况下直接测量，特别是高电压设备，也易于进行计算机分析、实施状态性检修，还可以利用软件进行分析比较，做出可靠的判断。
3红外成像技术应用
发热常常是设备损坏或功能故障的早期征兆，近年来，利用红外成像技术进行监测和故障诊断，发现了大量的电气设备缺陷，如隔离开关发热，断路器内部故障发热，变压器和电抗器套管内故障发热，高压电缆接头发热、高压电机线棒故障、互感器缺油等。另外红外成像技术的应用，不仅替代了母线零值绝缘子串的带电检测，还可对避雷器进行在线检测。我们知道，电介质在高温状态下耐热性、稳定性劣化，如长期在高温状态下运行，会发生击穿现象，从而丧失它的电气绝缘性能。因此通过监视设备性能并在需要时安排维护、检修，可降低因设备故障而发生的非计划性停产的可能性，减少维护费用和设备维修的成本，延长设备资产的寿命，并最大限度地提高维护效果和生产能力。
1）检测要求及周期
被检测设备应为带电运行设备（设备通电时间不小于6h ，最好在24h 以上），应尽量避开视线中的封闭遮挡物，如门和盖板等。
环境温度一般不低于5℃，相对湿度一般不大于85%；天气为阴天、夜间或晴天日落2h 后，夜间图像质量为佳；不应在雷、雨、雾、雪等气象条件下进行，检测时风速一般不大于5m/s。
户外晴天要避开阳光直接照射或反射进入仪器镜头，在室内或晚上检测应避开灯光的直射，宜闭灯检测。
检测电流致热型设备，最好在高峰负荷下进行。否则，一般应在不低于30％的额定负荷下进行，同时应充分考虑小负荷电流对测试结果的影响。
正常运行变（配）电设备的检测应遵循检修和预试前普查、高温高负荷等情况下的特殊巡测相结合的原则。一般220kV及以上交（直）流变电站每年不少于两次，其中一次可在大负荷前，另一次可在停电检修及预试前，以便使查出的缺陷在检修中能够得到及时处理，避免重复停电。
110kV及以下重要变（配）电站每年检测一次。
对于运行环境差、陈旧或有缺陷的设备，需适当增加检测次数。
新建、改扩建或大修后的电气设备，应在投运带负荷后不超过l个月内（但至少在24h以后）进行一次精确检测，对原始数据及图像进行存档。
建议每年对330kV及以上（有条件的单位可开展220kV 及以下设备）变压器、套管、避雷器、电容式电压互感器、电流互感器、电缆头等电压致热型设备进行一次精确检测，做好记录，并将测试数据及图像存入红外数据库，进行动态管理。
输电线路的检测一般在大负荷前进行。对500kV 以上架空线路和重要的220 ( 330 ) kV架空线路接续金具，每年宜检测一次；110kV线路和其他的220 ( 330 ) kV线路，可每两年进行一次。新投产和做相关大修后的线路，应在投运带负荷后不超过1个月内（但至少24h 以后）进行一次检测。
对于线路上的瓷绝缘子及合成绝缘子，有条件和经验的也可进行检测。
对正常运行的电缆线路设备，主要是电缆终端，110kV 及以上电缆每年不少于两次；35kV及以下电缆每年至少一次。
对重负荷线路，运行环境差时应适当缩短检测周期。
旋转电机运行中的检测主要包括碳刷及出线母线的检测，可每年一次，或在机组检修前。
进行定子铁芯损耗试验时，应使用红外热像仪进行温度分布测量。
必要时可利用红外热像仪进行定子绕组接头的开焊、断股缺陷的查找，以及用于线棒通流试验的检查。
2）判断方法
判断方法有表面温度判断法、同类比较判断法、图像特征判断法、相对温差判断法等。通过这些方法诊断分析故障原因，采取适当的处理，消除设备隐患。
3）具体应用
（1）电气设备运行状态检测与分析。
（2）电气接头、线夹、引线氧化腐蚀、接触不良缺陷。
（3）隔离刀闸刀口与触片以及转动帽与球头结合不良缺陷。
（4）互感器绝缘不良缺陷、缺油以及内中心铁芯、线圈异常不良过热缺陷。
（5）电容器过热、耦合电容器油绝缘不良和缺油（低油位）缺陷。
（6）避雷器内中心受潮缺陷、内中心元件老化或非线性特性异变缺陷。
（7）绝缘瓷瓶表面污秽缺陷，零值绝缘子检测，劣化瓷瓶检测。
（8）发电机运行状态检测、电刷与集电环接触状态检测、内中心过热检测。
（9）电力变压器箱体异常过热，涡流过热，高、低压套管上、下两端连接不良以及充油套管缺油（低油位）缺陷。
（10）各类电动机轴瓦接触不良以及本体内、外中心异常过热。
（11）高压开关触头接触不良缺陷。
（12）大型电动机直阻超标故障的查找。
例如给水泵电机（2500kW6000V）直阻互差超标检查。高压电动机特点是接头数量繁多，另一个重要特点是外面包有很厚的绝缘层，很难查出过热故障点，如不查出局部过热会导致股线绝缘的胶和剂加速分解老化变脆，导致绝缘分层，形成气隙，严重时丧失线棒整体性，在电磁力的作用下引起振动，形成股线短路断股并磨损绝缘，最后导致绝缘击穿。我们运用红外成像技术在故障相施加160A电流持续20分钟，很快成功的查找到了过热点，拆开绕组绝缘发现此故障属于端部断股缺陷，通过焊接处理后，直阻合格，运行良好。
另外，还能在保温方面、阀门内漏方面、凝汽器管子找漏方面有良好应用。
4 结论
红外成像能够快速、准确的确定故障点的准确位置，并测出故障点的温度，为设备正常运行和检修提供保障和依据，我们要充分应用这一手段，不断摸索、积累经验，通过检测诊断、故障分析，使成像技术在设备管理中得到最大限度的发挥，为安全生产保驾护航。
参考文献
【1】王杰; 黄志刚; 白凤春.红外线成像技术在电力系统的应用.鄂尔多斯电业局 【期刊】电力安全技术2010-03-10