红外热像仪在电气火灾隐患诊断上的应用

张旭（大庆石油管理局技术监督中心）

在当代社会，经济建设不断发展，电力系统的负荷因为电气设备种类和数量与日俱增。通过对近年来发生的重特大电气火灾事故情况的统计分析结果表明：电气线路是引发电气火灾的主要起火源，占51.35%，主要是由于电器线路在运行过程中出现的短路、过载、接触电阻过大以及漏电等故障产生的电弧、电火花或电线、电缆过热，引燃电线、电缆及其周围的可燃物而引发的火灾[1]。但是，由于安装人员技术水平和管理等实际情况的制约，造成电力工程施工安装方面存在着诸多问题，一旦酿成火灾，将会造成惨重的财产损失和重大的人员伤亡。因此，需要针对电气设备和线路，查找出电气火灾隐患存在部位，及时与受检单位沟通，采取措施排除隐患，这样就可以有效地防止和减少电气火灾的发生。近几年，在电气消防安全检测，查找电气火灾隐患，防止和减少电气火灾事故方面也取得了显著成效[2]。

1 红外热像仪简介

1.1 红外热像仪原理

根据物理学原理，在自然界中，只要绝对温度高于0 K的物体均以红外辐射的形式向外散发能量。红外线是一种电磁波，它的波长范围为0.76～1000 μ m，不为肉眼所见[3]。红外热像仪能接受物体的红外辐射，并将不可见的红外光转化为电子信号，经由信号系统处理后输出到显示屏，以灰度级或伪彩色显示目标物温度场分布图像；所以，红外热像仪就是用于探测这种肉眼无法直接观测的红外线设备。通过实际检测反馈，红外测温技术是发现电气火灾隐患、预防及减少电气火灾事故的重要检测手段。

1.2 IRI4040型红外热像仪

IRI4040型红外热像仪是在检测过程中经常使用的仪器，是由英国IRISYS公司生产的一款远焦型热成像仪。其探测器像素为160×120；测量精度为温度读数的±2%；测量灵敏度（环境温度25℃）为0.15℃；测量温度为-10～250℃。

此仪器主要由热像仪、便携式仪器箱、SD卡、电源适配器、设备驱动光盘等部件组成（图1）。

图1 IRI4040型红外热像仪

1.3 检测应用

普通人使用肉眼目测，无法在设备运行情况下准确分辨出火灾隐患点的具体部位，尤其是一些高压、带电运行中的隔离开关、变压器的连接部位。而通过使用红外热像仪，依据热像图及时准确地确定被测物体的故障部位，就可以弥补人工在电气防火安全检测时的不足。

检测时，检测人员手持红外热像仪对准电气装置或热表面，红外辐射能便能通过仪器的光学系统产生电信号，再经过放大处理和信号的转换，最终显示出被测点的温度值。红外热像仪可以自动扫描来检查温度、识别温差变化等。通过显示系统确定火灾的隐患部位，对重点电气线路和设备的发热部位摄取热像图，通过ISI4040型热像仪自带的分析软件，可以清晰地对捕捉到的热像图进行分析，如图2所示。

图2 热像图的分析

2 应用实例

2.1 漏电

现实生活中，由于某些元件漏电（如电容）或是电路板受潮、灰尘太多，会出现漏电的现象[4]。应用热像仪可以及时捕捉到漏电的具体部位，及时消除火灾隐患。如图3所示，红色圈处为漏电部位。这是由于漏电电流的存在，形成电火花，电火花的温度会明显高于环境温度，这样就能够清晰地体现在热像图中。经过分析软件的分析，能给出热异常的具体原因。

图3 漏电状态下的热像图

2.2 短路

短路故障是不同电位的导电部分之间被导电体短接，或其间的绝缘被击穿[5]。由于短路产生大电流，所以短路线路上的温度要比正常线路上的高，可以清晰地反映在热像图上。如图4所示，红色矩形处为单相短路。短路现象在热像图中往往显示整条电缆线路温度异常，这是因为短路电流不是发生在某一点，而是成线形的，所以在热像图中显示为线形温度异常。这种情况下，需要及时进行处理，避免因电流过大造成火灾。

图4 线路短路状态下的热像图

2.3 过载

三相异步电动机等用电设备的过载现象在油田生产过程中时有发生。出现这种现象的原因很多。例如，设备负载设计时未考虑余量，在生产过程中增加负载，造成设备的过负荷或满负荷运转。另外，电动机工作过程中，突然发生堵转都会出现过载现象。使用热像仪可以清晰捕捉到设备运行过程中的状态，如图5所示。过载隐患的热像图与短路隐患的热像图区别就在于：过载是三相电缆线路中的电流均明显变大，造成三相电缆线路异常温升；而短路绝大多数情况下仅仅是单相电缆的异常温升。

图5 过载状态下的热像图

2.4 接触电阻过大

这一类隐患更多的是人为原因造成的，由于操作人员未能按照规范连接线路，往往少垫一个垫片或未安装接线端子就会产生接触电阻过大的现象。如图6所示，接触电阻过大多发生在连接处，其电阻值可由下式求得：

式中：R——电阻值，Ω；

ρ——电阻率，Ω·m；

L——长度，m；

S——横截面积，m2。因为某一导体的电阻率ρ一定，所以，电阻R的大小跟长度成正比，跟横截面积成反比。电缆线路在连接处如果连接不可靠，就会造成连接处的横截面积变小，致使连接处的接触电阻过大。同样，金属芯线由于潮湿或在强氧化环境中被氧化，也会造成局部接触电阻过大。

图6 接触电阻过大状态下的热像图

3 结论

红外热像仪的使用可以直观、准确地判断过热型电气火灾隐患，再辅助以计算机的软件分析，可以作出科学的电气火灾隐患的诊断结论。相对于常规检测，具有高准确度、检测速度快、便于携带和非接触检测等优势。与超声波探测仪、谐波功率分析仪等设备配合使用，能够实现全方位、无死角的火灾隐患排查，丰富安全检测手段，进一步提升安全管理人员技能和专业知识能力[6]。安全生产重于泰山，所以，要不断推动安全检测技术的发展，用高科技为油田安全生产保驾护航。