红外热成像仪应用于电力设备故障诊断

２０１　１年第０１期　（总第１７２期）　中阊高新技术企业　Ｉ　ＨＩ　－●６　Ｆ　Ｈ（■ｔ　Ｅ　｝ＥＩ　Ｅ　ＮＯ．Ｏ１．２０１　１　（ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｔｙＮＯ．１　７２）　

红外线热像仪在变电站设备运行和故障分析方面的应用　

黄志鹄　

（广西电网公司梧州供电局，广西梧州５４３００２　

摘要：变电站在整个电力系统中处于承上启下的关键位置，直接决定着电网能否正常运行，因此各电力企业都加　

强了对变电站监控和监测设备的投入力度，红外线热像仪就是这些设备中的佼佼者。文章简要介绍了红外热像　

仪的工作原理及其优势，并对其在变电站中的应用进行了探讨。　

关键词：变电站；安全检查；红外线热像仪；电力设备；红外线检测　

中图分类号：ＴＭ９３０　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—２３７４（２０１１）０１—００４３—０３　

随着经济的腾飞，我国的城市化进程日益加快，城市　

中变电站的数量也随着城市电网的改造和建设而不断增　

加，为了减少变电站的建筑面积、降低对城市土地的占　

用、使电网建设与城市规划相互协调配合，不少地区都开　始用无人值班自动化变电站来代替以往那种需要人工操　

作的变电站。我们都知道，电的生产、传送和分配是一个　

连续的过程，无论是哪个环节出现问题都会对整个系统　

的正常运行带来不利影响，严重时甚至会危及人民群众　

的生命财产安全。变电站在整个电网中处于承上启下的　

地位，对于确保电网的安全、稳定运行具有重要的意义。　

为此，全国各地的电力企业都在加强对变电站监控和故　障分析设备的投入力度，使得对电力设备的控制逐渐由　

过去那种预防式转为现在的预知式，这在提高设备运行　

的安全性和有效性的同时还降低了电网的安全成本，增　

加了电力企业的经济效益，保障了人民群众的生命财产　

安全。　

１　红外线热像仪的原理和优势　

１．１红外线诊断技术　

在变电站众多的监控和故障分析设备中，红外线热　

像仪无疑是最为重要的一种。我们知道，任何物体，只要　

是带有一定温度，就会通过电磁波的形式向周围环境辐　

电力检修设备故障检测中红外线成像技术的应用

摘要：随着电网规模的不断扩大，各种设备故障也不断增加，因此对电气设备运行状态进行监测，及时检测电气设备故障，维持电气设备的正常稳定运行，确保供电安全可靠至关重要。传统电气设备故障检修，需要设备停电，进行定时试验检测，耗时耗力，浪费能源。基于红外热成像技术的电气设备故障检修技术，能够在不停电、不断电的情况下，对电气设备运行状态进行监测，实时对设备进行诊断和故障分析，确保故障及时发现并排除，保证供电可靠。

关键词：电力设备故障；红外线成像

1电气设备故障特征

1.1随机性

随机性体现在设备故障的发生是随机的。

1.2阶段性

阶段性体现了故障发展的时间过程，一般分为三个过程：潜伏期的故障几乎没有特征，对设备的影响也是微乎其微，也难以察觉和检测，可以说是故障开始的时间。

发展期体现在损伤程度很明显，从宏观上看体现在缺陷的形貌特点，故当故障的危害性还没达到严重程度的时候，我们能够采用适当的方法对故障进行检测。发展期所得到的时间函数规律能够采用对应的数学模型描述，能够作为预测寿命的判断方法。

损坏期体现在随着劣化因子増强，导致劣化零件达到了它的极限，故障恶化导致零部件发生失效的阶段。事故I临危报警依靠损坏期的特征信息判定。损坏期经历的阶段时间不均等，经历的时间很短，故障严重程度就会很大，故这种故障很难紧急处理成功，所以有必要对这类故障实时监测。

1.3隐蔽性

隐蔽性体现故障从开始，各个阶段特征慢慢变化，不易被察觉。故障从发生开始，潜伏期内故障特征微弱难以被发觉，此时一般的仪器检修也无法判断出故障。从发展期开始，故障特征逐渐变化，而这种变化也是微观变化，整个故障的演变和发展都是从微观到宏观的一个过程，因此使用一定的技术很难预防性地诊断出设备故障，直到设备故障开始影响运行，影响电力系统稳定才被发现。红外技术就具有预防性地诊断故障，判断故障发展阶段和严重性，提高设备寿命。

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红外热成像技术及其在电力设备检测与诊断中的应用

引言

太阳发出的辐射中除可见光线外，还有一种人眼看不见的“热线”，这种看不见的“热线”位于红色光外侧，叫做红外线。这种红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78～1000μm的电磁波。其中波长为0.78 ～1.5μm 的部分称为近红外，波长为1.5 ～10μm的部分称为中红外，波长为10～1000μm的部分称为远红外线。而波长为2.0 ～1000μm的部分，也称为热红外线。红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。这种红外线辐射是，基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量。分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大;反之，辐射的能量愈小。温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出红外线。

红外热成像技术的发展

从1800年，英国物理学家赫胥尔发现了红外线后，开辟了人类应用红外技术的广阔道路。在第二次世界大战中，德国人用红外变像管，研制出了主动式夜视仪和红外通信设备，为红外技术的发展奠定了基础。

二次世界大战后，首先由美国德克萨斯仪器公司（TI）在1964年首次开发研制成功第一代用于军事领域的红外成像装置，称之为红外寻视系统（FLIR）。它是利用光学机械系统对被测目标的红外辐射扫描，由光子探测器接收两维红外辐射，经光电转换及处理，最后形成热图像视频信号，并在荧屏上显示。

六十年代中期，瑞典AGA公司和瑞典国家电力局，在红外寻视装置的基础上，开发了具有温度测量功能的热红外成像装置。这种第二代红外成像装置，通常称为热像仪。

七十年代，法国汤姆荪公司又研制出，不需致冷的红外热电视产品。

1986年，瑞典研制出工业用的实时成像系统，它无须液氮或高压气，而以热电方式致冷，可用电池供电;1988年又推出全功能热像仪，它将温度的测量、修改、分析、图像采集、存储合于一体，重量小于7kg，使仪器的功能、精度和可靠性都得到了显著的提高。

红外热成像技术在机电设备故障诊断中的应用研究

随着科技的快速发展，红外热成像技术已经成为机电设备故障诊断领域常用的无损检测技术。红外热成像技术可以通过获取被测物体的热图像，分析出物体内部的热分布情况，从而快速发现并定位设备故障，为设备的维修和保养提供依据。本文将对红外热成像技术在机电设备故障诊断中的应用进行深入研究。

一、 红外热成像技术原理及特点

红外热成像技术是一种利用红外线辐射来探测物体表面温度分布的技术。红外线是指由分子、原子、电子等基本粒子在能级变化或运动过程中发出的电磁波。红外线波长长于可见光，但短于微波，因此可以穿过一些不透明物体，当红外线射入物体时，被测物体表面的温度会对红外线的波长、强度和方向产生影响，再经过红外热成像仪等检测设备的接收、扫描、转换和处理，就可以得到物体表面的红外热图像。

红外热成像技术具有以下特点：

1. 容易获取难以观测的物体信息，如密闭物体内部温度分布、表面温度分布等； 2. 非接触式检测，无需对被测物体进行破坏性操作和接触性取样；

3. 检测结果量化、图像直观，有助于快速分析设备故障；

4. 操作简便、成本较低，适用于大规模设备故障诊断。

二、 红外热成像技术在机电设备故障诊断中的应用

1. 电机故障诊断

电机因为长期运转过程中，容易导致磨损、接触不良、绝缘老化等问题，从而引起故障。而红外热成像技术可以通过监测电机的温升情况，发现可能存在的故障情况。比如，电机有可能因为轴承水泥老化、轴承破损、摩擦力过大等原因导致温度升高，红外热成像技术可以准确地显示这种异常温升情况，从而及时发现电机故障。此外，在电机绕组的损伤情况诊断过程中，红外热成像技术也可以大大提高检测的效率、准确性和精度。

2. 输电线路故障诊断

红外热成像技术在输电线路故障诊断中也有广泛应用。输电线路因为长期的暴露在恶劣的自然环境下，极容易受到外部因素的干扰，如雷电、风吹雨打、鸟类触碰等，从而造成线路的老化、开路、短路等故障。此时，红外热成像技术可以通过捕捉线路散热的温度异常情况，快速发现并定位线路的故障点，以及所存在的缺陷类型和程度。并且，由于输电线路的长距离性质，红外热成像技术可以方便快捷地对大面积的输电线路进行故障检测。