红外热像仪在配电线路故障诊断中的应用

张 栋，郭 君，殷光华

（新乡供电公司，河南 新乡 453002）

普通的人眼目测与经验分析，无法在设备运行情况下准确分辨出故障点的具体部位，尤其是电气设备的高压断路器、隔离开关、各联接部位等。而红外热像仪，可以弥补人工分析在电气设备巡视时的不足。其可实时提供高分辨率的彩色影像，温度分辨率高，测温功能强大，红外镜头与CCD镜头可随时切换，可用PC卡存储图像，且不易失真。

通过利用红外热像仪对主变压器、配电室、开关、隔离等设备进行检测，依据热像图及时准确地确定被测物体的故障部位，避免了设备事故的发生和扩大，为设备检修提供了可靠的依据，在这些设备上逐步实现了状态预知检修。

1 红外热像仪简介

1.1 红外热像仪原理

红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统（目前先进的焦平面技术则省去了光机扫描系统）接受被测目标的红外辐射能量分布图形，反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构（焦平面热像仪无此机构）对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换成标准视频信号，通过电视屏或监测器显示红外热像图。

而近几年推出的阵列式凝视成像的焦平面热像仪，属新一代的热成像装置，在性能上大大优于光机扫描式热像仪，有逐步取代光机扫描式热像仪的趋势。其关键技术是探测器由单片集成电路组成，被测目标的整个视野都聚焦在上面，并且图像更加清晰，使用更加方便，仪器非常小巧轻便，同时具有自动调焦图像冻结，连续放大，点温、线温、等温和语音注释图像等功能，仪器采用PC卡，存储容量可高达500幅图像。

1.2 红外热像仪功能

红外热像仪具有点温功能、高温报警、高低温捕捉、等温分析、图像存储、回放功能等功能。

2 红外热像仪在配电线路中的应用

2.1 设备故障诊断原理

运行中的带电导体及各联接部位出现故障，在电流的作用下，都会出现热效应，使得故障部位的温度升高，相对非故障部位和环境，温度都要有所升高。通过红外热像仪对设备的检测，就能够通过温度的变化，来判断设备是否存在故障部位，即故障点的具体部位，并根据温度的相对变化，来判断故障的缺陷类别，制定检修计划。

2.2 设备故障红外诊断的优点

红外诊断技术，对电气设备的早期故障缺陷及绝缘性能，做出可靠的预测，使传统电气设备的预防性试验维修（预防试验是上世纪50年代引进前苏联的标准）提高到预知状态检修，这也是现代电力企业发展的方向。

随着现代科学技术不断发展成熟与日益完善，利用红外状态监测和诊断技术，具有远距离、不接触、不取样、不解体，又具有准确、快速、直观等特点，实时地在线监测和诊断电气设备大多数故障（几乎可以覆盖所有电气设备各种故障的检测）。红外检测技术的应用，对提高电气设备的可靠性与有效性，提高运行经济效益，降低维修成本，都有很重要的意义，并能使维修水平和设备的健康水平上一个台阶。

2.3 应用举例

配电线路出现问题的高峰期，也是用电的高峰期，一般在夏季、冬季、节假日等，出现故障的设备及部位，多为高压断路器接线柱、高压隔离开关、变压器低压接线柱、低压刀闸及其他导体联接的户外部位，或大电流流通部位。

在故障高峰期前，会对设备进行巡视，以确保在用电高峰期时设备的正常运行。但一般的人眼目测与经验分析，无法发现隐蔽的故障缺陷，而用电高峰期的到来，会使存在隐患设备的电流增大，设备故障也会随之出现。我们在对设备巡视时，用红外热像仪及早发现设备的异常发热，并根据其他运行数据和经验进行判断，判断该设备是否存在隐患，并制定检修计划。

（1）使用举例之一。2010年高考前，根据要求应确保对高考期间学校的考场保证供电。我们对各个学校供电的线路进行巡视，并对供电的变压器高压跌落、变压器、低压刀闸等设备进行了红外热成像拍照（如图1），就是在巡视某校供电的低压刀闸时，发现其中两相的温度异常。缺陷左边相低压刀闸发热点温度最高达到154.4℃，而右边相发热点温度也达到了100℃，中相没有明显的发热现象，可以判断为正常的。发热点都存在明显的温度升高现象，但现场用肉眼观察是不能发现这些发热点的缺陷的。

图1 低压刀闸的发热点

发现缺陷后，工作班成员立即组织材料和工具，对该变压器进行停电更换低压刀闸的工作。更换低压刀闸后，设备运行正常，用热成像仪观察没有异常的发热情况。

（2）使用举例之二（如图2）。为在线路巡视时，使用红外热成像仪进行设备的红外热成像拍照，发现某线路主干线联络开关导线处中相、右边相有发热现象，最高温度达到116.3℃，与周围环境和周围设备有着明显的差异，存在着缺陷。因为此线路为主干线路，无法立即停电进行缺陷的排除，工作人员立即汇报主管领导，并在制定月度计划时，将其列入停电计划，对其进行缺陷的排除。

图2 某主干线联络开关导线处的发热现象

根据以上两个工作中的实例，可以看到红外热成像仪可以发现我们肉眼无法观察到的设备发热情况，并据此判断是否有缺陷的存在及严重程度，并及时有计划地安排对缺陷的处理。从而实现设备状态预知维修，减少电网设备故障的发生。

3 使用红外热像仪的注意事项

使用红外热像仪，应注意以下两点：

（1）由于在现场操作中一般难以确定目标的辐射率，所以利用红外热像仪测量原理测量出的温度，只能是实际温度的近似值。因此，在使用红外热像仪进行测温时，需了解以下两点：

一是在不调整辐射率的情况下，当不同物体具有同一温度时，表面辐射率达的物体，显示的图像较明亮，测出的温度较高；表面辐射率小的物体，显示的图像较暗，测出的温度较低。

二是测定温度值均为目标表面温度值。

（2）红外热像仪红外镜头应避免强光照射，要远离强磁场，勿靠近高温热源。

4 结束语

红外热像仪能够快速、准确地确定隐患点、故障点的位置，并测量出该点的温度，且保留有图像资料，为设备的正常运行和检修工作提供了可靠的依据。经过近些年的实践，红外热像仪在运行中的电气设备的故障诊断方面，取得了一定成绩，摸索了一些经验。下一步，在对设备的检修诊断方面，我们要进一步注意积累经验，使红外热像仪的作用得到最大限度的发挥，为企业的生产运行保驾护航。

［1］上海市电力公司.电力设备红外检测诊断图谱及应用规范[M].北京：中国电力出版社，2004

［2］DL/T664-1999,带电设备红外诊断技术应用导则[S].

［3］吴晓松,王晨峰.电力设备接点温升监控的研究[A].电力系统红外交流会论文[C].2001.