一种基于电平调节的红外成像检测方法研究与应用

2016-04-01郭培恒袁亚忠

电气技术与经济 2016年1期

关键词：电力设备

郭培恒袁亚忠李睿

（青海省电力公司检修公司）

一种基于电平调节的红外成像检测方法研究与应用

郭培恒袁亚忠李睿

（青海省电力公司检修公司）

摘要：本文详细介绍了红外成像检测的原理及优势，分析现有检测及判断方法在现场应用中存在的问题，提出一种基于电平调节的红外成像检测方法，并通过现场使用实例对此检测法进行验证，证明此种方法是一种简单、准确、高效的电力设备状态检测方法。

关键词：红外成像检测；现场应用；电平调节；电力设备；状态检测

0 引言

红外检测技术可实现“不接触、不停电、不取样、不解体”地对电力设备运行状态进行连续检测，极大节省了人力、物力、时间，降低设备维修成本，提高了设备状态检测效率，大大增加了设备运行可靠性，因此，红外检测技术作为一项安全可靠高效的状态检测技术在电力系统被大力推广。

红外成像检测[1]，运用红外检测仪器获取电力设备热像图谱，热像图谱可真实反映电力设备表面的温度分布状态，通过分析热像图谱可准确获取设备运行状态，能够对设备中潜伏的故障或事故隐患属性、具体位置做出判断，最后依据设备表面温升的大小，对故障严重程度作出定量判定。

现场对电力设备进行红外成像检测过程中，受环境、背景、天气、距离、温升大小等因素影响，检测人员并不总能及时准确地发现一些潜在的、严重的故障或事故隐患。

经过长期对电力设备红外检测的经验积累，研究出一种基于电平（温度）调节的红外成像检测方法，可及时准确地发现红外普测过程中不易发现的故障，并通过现场应用实例对该方法进行验证。此检测方法的发现，是对于现有红外成像检测方法的一个很好补充，其易于掌握的特点，便于在系统内大面积推广，可有效提高运维人员技术水平，大大增加电力设备故障检出率。

1 红外成像技术的原理

电磁波可任意划分为许多波长范围[2]（见图1），红外线是波长在0.75～1000μm之间的一种电磁波，按波长范围可分为近红外（0.75～3.0μm）、中红外（3.0～6.0μm）、远红外（6.0～15.0μm）、极远红外（15.0～1000μm）四类。

图1　电磁波谱1—X射线 2—紫外线 3—可见光4—红外线 5—微波 6—无线电波

理论分析和实验研究表明, 任何温度高于绝对零度（－273.15K）的物体在常规环境下都会因自身分子和原子运动不断辐射出红外线。红外线在大气中传播要受到大气的吸收而使辐射的能量衰竭，但空间中的大气、烟云对红外辐射的吸收程度与红外线的波长有关，尤其对波长范围在（2～2.5μm）、（3～5μm）及（8～14μm）三个区域的吸收相对较弱，红外线的穿透能力较强，透射率较高，这三个区域通常被称之为“大气窗口[3]”，由于红外辐射中“大气窗口”特性，使得红外辐射可以全天候被搜索。

电力设备在运行过程中，容易出现四类异常温升问题：一是导流回路连接不良，通过负荷电流时产生异常温升；二是绝缘部分在裂化或故障时，在运行电压下产生异常温升；三是具有磁回路的设备，由于漏磁、磁饱等原因引起局部环流或涡流造成异常温升；四是综合类温升，由电流、电压或电磁等复杂原因引起的温升。

所有异常温升均会以红外线辐射的形式往外传播能量，红外仪器能够接收波长为2～13μm红外线[2]，通过运用红外仪器检测电力设备运行中发射的红外辐射线，并转换成相应的电信号，再经过专门的电信号处理系统处理，可得到电力设备的红外热像图谱，就可以获得电力设备表面的温度分布状态及其包含的设备运行状态信息。

2 红外成像技术的优势

红外热成像技术作为一种先进的技术，与落后的点测温技术相比有如下优点：

1）可测量表面的温度分布，提供图像，可准确对某点进行测温；

2）使用距离受仪器视场影响较小；

3）通过改变视角等手段可有效排除设备表面反射红外线的影响，从而真实反应设备表面真实的温度变化；

4）可通过调节设置来屏蔽环境温度的变化影响。

红外热像检测无需设备停电，在不接触、不解体的情况下，即可实现远距离、大面积、快速扫描成像，可安全、高效地发现电气设备热缺陷，在一定程度上弥补了常规电气试验方法的不足，是最高效、可靠的设备状态评价手段之一。红外热像图谱可直观显现设备故障的位置及热像特征，具有较高的准确性。

3 红外检测与判断方法分析

红外检测方式[4]有两种，一般检测与精确检测。两种方式分别对检测环境提出了不同的要求，具体参见DL/T 664—2008《带电设备红外诊断应用规范》中4.3部分对检测环境条件要求的描述。

对于电力设备状态量判定方法共六种，分别是表面温度判断法、同类比较判断法、图像特征判断法、相对温差判断法、档案分析判断法、实时分析判断法，判断标准参见DL/T 664—2008《带电设备红外诊断应用规范》中9.1、9.2、9.3部分对电流致热、电压致热、综合致热型设备的判断依据描述。

电力系统现场实际工作中，红外一般检测是所有后续工作的基础，一般检测结果决定对哪些设备进行红外精确检测，精确检测的结果运用后续的六种设备状态量判定方法，依据规程标准进行判断，所以一般检测是红外检测中最重要的环节。但是，现场开展红外一般检测过程中，常常受太阳或背景辐射、环境温度、气象条件、距离和人员经验等因素的影响，对于部分小温升的设备早期缺陷不易发现，从而导致事故隐患直接发展成重大设备事故。

为解决上述问题，现亟需研究出一种简单易推广且效率高的新型红外热成像检测方法，降低环境及人员经验对检测结果的影响，提高设备事故隐患检出率，增强电力设备运行可靠性。

4 一种新型检测方法

使用红外热成像仪进行普测时，较常使用的是电平和温宽自动调整模式，即未经热学调整模式。红外热像仪的电平为所拍摄红外图谱显示的温度范围，即显示于红外图片右侧的两个温度值。下面介绍一种通过手动调整电平数值的红外成像检测方法，并以现场应用实例对此种方法效果进行验证。

4.1 操作方法

将所检测设备置于红外热成像仪视窗中，检测出视窗内红外图谱中的最高温度A，将仪器电平最大值设置为A，然后将仪器电平最小值从A往低温值平滑调节，观察图像变化，直到红外图谱可以清晰显示所需的热像细节为止，简单流程如图2所示。

图2　电平调节流程图

4.2 应用实例

红外图谱编号原则：1号红外图片为电平和温宽自动调整模式下所拍，234号图片电平最大值均为A，电平最小值依次按A的某个百分比降低，如图3所示。

图3　红外图谱编号示意图

4.2.1高温背景下35kV电缆终端故障检测

如图4所示，虽然35kV进线电缆终端所处背景电抗温度很高，但依然可以很清晰直观地发现电缆存在一处异常温升的严重缺陷。将电缆停电后，对电缆进行解体检查，发现电缆终端异常温升处主绝缘表面存在划痕，且划痕处已出现严重的爬电电弧灼伤痕迹。

图4　35kV电缆高温背景下红外系列图谱

4.2.2 35kV电缆终端小温升缺陷检测

图5　35kV电缆小温升红外系列图谱

图6　电缆终端半导体层切割特写

如图5所示，35kV主变出线电缆终端伞裙底部存在异常小温升，初步怀疑为电缆头制作工艺不良引发的电压致热型缺陷，经申请停电后，对此电缆进行了解体检查，发现三相电缆终端半导体层的剖切工艺差，剖切面不平齐，半导体层断口未进行倒角打磨处理（见图6），造成此处电场严重畸变，进而导致半导体层切削处产生异常温升。

4.2.3 750kV瓷质绝缘子裂化远距离检测

如图7所示，使用常规焦距镜头的红外成像仪对距离约70m处的750kV瓷质绝缘子进行检测，可直观看到部分瓷质绝缘子存在以铁帽为中心的异常温升，根据裂化瓷质绝缘子的热像特征图[4]，很容易判断该串绝缘子存在的劣化瓷质绝缘子片。