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红外热像仪在智能电网建设当中的应用

作者:电子信息产业网来源:中国电子信息产业网发布时间:2010-06-11 23:37我要评论

 

福禄克测试仪器(上海)有限公司高级应用工程师 沈建祥



可能大家从去年的甲流,包括2003年的非典认识到了我们有一些场合,像机场、火车站有体温超标的人可以用红外热像仪看出来。我们把有一些有问题的,有故障的地方可以及时的发现出来,这是我们红外热像仪的作用。



红外热像的原理和发展


我们先看一下红外测温的原理。在我眼里面这两个产品都是一样的,主要是因为这两个产品里面都有一个最关键的参数像素,我们买数码相机主要也就是说看像素越高,图像越好。红外热像仪也有一个参数指标,就是像素。唯一不同的数码相机给我们还原的是颜色,红外热像仪还原的是温度的分布情况。我们在红外热图用不同的颜色替代不同的温度。一个物体只要有温度都会往外辐射红外能量,红外热像仪接收到辐射出来的红外能量转成温度信号,给我们在设备检测方面提供便利。我们可以用红外热线图,把发生故障的原因分析出来。


以前我们听到的红外热像仪是制冷型的,制冷型的红外热像仪在2000年以前,在我们电力系统用的比较多,因为当时受到一些技术条件的限制,我们的探测器并不能在常温状态下进行比较有效的问题点的检测,因为噪声比较大,必须要有一个制冷的效果,比如像液氮制冷,但是副作用显而易见,后面拖一个液氮制冷管不便于巡检。


从上世纪末开始非制冷型探测器逐渐对于红外热像仪来说,非制冷探测器用的很多,它使得我们热像仪的体积越来越小,以前热像仪重量在10公斤、20公斤以上,现在的红外热像仪只有在一两公斤左右,我们的便携使用越来越方便。现在制冷型的红外热像仪也有,主要是用在军事方面,对于电力系统和民用的红外热像检测当中使用都是非制冷的探测器。


前一段时间我对国家电力系统红外热像诊断方面做了调研,发现在很多省农网系统用不少的红外联点温仪,两台仪器右侧的仪器就是电信的红外点温仪,大家看到最多就是2003年的非典,推到脑门打一下。红外点温仪在这之前用在电力系统很多,但是使用红外点温仪的时候会有一些问题,因为在每台红外点温仪都有一个光路图,光路图表示我们在多远的距离采用的范围多大,虽然红外点温仪名字叫做点温,实际上它采样不是一个点,而是一个区域范围的平均温度,这个区域范围的大小和光学系统以及离被测目标的距离有关,我离的距离越多,采集的范围越大。如果要求采样是10公分左右的圆平均温度,而我们的目标只有5公分,这时候把周围的环境温度做平均,测出来的温度值大大低于目标的发热情况。有的时候我的判断依据在于温度的高低,如果目标温度有一个接头超过70度我们认为有问题,但是使用红外点温仪温度只能测30—40度。我们在检测之前要看一下红外点温仪顶部或者侧面都有一个光路图,离的距离是不是符合目标大小。


一般来说红外点温仪测量到的具体最小直径1—2公分以上。如果我们离开有10米、20米,它的采样范围在20公分到半米左右,也就是说我的被测物体要大于20公分到半米左右。红外热像仪可以测多少?我们的红外热像仪远距离测量,有的远的距离在100米—150米左右。更远还有5倍镜更大镜头用于检测。



红外热像仪是智能电网重要监测手段


福禄克在2003年开始生产红外热像仪,这可以作为我们电力系统的设备检测非常重要的组成部分。红外热像仪可以发现有很多的问题,比如说像接头的连接不良,接头的氧化腐蚀,包括过载、三相不平衡,谐波、绝缘老化、接触不良、漏电这些问题,都可以用红外热像仪测量。发现出来以后,比如接头的设备相对处理比较简单,但是有一些问题可能我们要确诊和处理起来相对有一些困难,我们可能还需要配套前表、电能质量分析、绝缘电阻测试仪等等,这一系列的设备对于故障点进行诊断。


那么,在智能电网系统里面有哪些设备可以用红外热像仪检测?比如变压器、套管、断路器、刀闸等等可以使用红外热像仪进行检测。电力系统里面把这些设备按照发热情况分成两大类。第一类叫做电流炙热型设备,因为由于电流的流过导致的发射,有一些不正常的电流或者接入电阻的变化导致的发热。比如金属连接或者线缆等等都是典型的电流炙热型的设备,还有就是电压炙热型设备。在电压炙热型设备可以使用红外热像仪检测出来问题点。这两类设备的检测判断依据有差别,电压炙热型设备出现问题发热量不是很大,电流炙热型设备反之。


考虑环境温度对于红外热像诊断的干扰因素,环境温度越高,对于同样一个设备的温度有可能也会升高。相对温差在电路系统的规范里面做计算比较复杂一些,要考虑环境温度对于它的影响。这是我原来在安徽电力和河南电力做技术交流时候提到的情况,在环境温度相同的情况下,它的规定我在1米的范围之内认为它的环境温度是一致的,这时候我们可以用绝对温差的标准进行判断。


这是绝对温差的判断依据,取被检测对象1米左右的,温差需要做一个相互的比较,我只要做相互的减法就可以。如果我们要做相对温差的计算,可能计算的方法比较复杂。计算的方法大家可以参考电力系统关于红外热像诊断的行业规范,规范号叫做DLT664-2008。



电网应用红外热像仪有窍门


我们在和很多省级供电部门进行技术交流的时候,发现有一些问题可能在我们使用红外热像仪进行电网检测的时候要值得注意的地方。


第一是发射率问题。我们在检测设备方面有很多时候可能有金属器件,也有非金属器件。关于金属器件相对辐射的能量比相同温度非金属器件辐射出来的能量少。辐射能量的能力大小就是发射率的概念。我们在进行检测的时候,一般来说以0.90作为一个固定的发射率,这个发射率比较适合于非金属材料。对于部分的金属材料我们建议几个方面进行检测。第一和接头紧密相连接的非金属材料,比如和接头紧密相连的橡胶、塑料这些材料,我们可以认为它是接头的温度情况。第二、我们可以直接做对比的方法进行检测。第三、如果只有一个单个部件,可以对这个部件进行发射率修正,因为在软件和仪器里面都有发射率修正的功能。


第二是调色板的选择。大家看到有很多种颜色反应出问题的状况。这里大家会看到三个颜色,这是最典型的红外热像图的三种调色板。最左边的是灰度,最高温度是白色,最低温度是黑色。最右边的图是叫做红蓝彩色,有时候叫做彩虹,彩虹主要是指蓝色、绿色代表的问题低,红色、白色代表温度高的。这两种不同点在什么地方?灰度是人眼对于灰色辨别能力最强的,所以它的轮廓线最好,最方便于我们聚焦,而得到一个比较清晰的红外热图。红蓝彩色的颜色色系色差分的很大,这方面我们适合对于一些高温点的捕捉。对于中间的这种颜色是铁红,我们既能够兼顾到轮廓线的清晰,也可以比较清楚的看它的高温点位置。目前铁红模式是电力系统用的比较多的调色板的模式。


这里我向大家介绍另外一种调色板,这是福禄克这块最先推出的调色板颜色。它在红蓝彩色基础做了改进,这个调色板上既兼顾了轮廓线的清晰程度,同时对于高温点的温度显示也是非常清楚的,更加适合于在现场比较快速准确把高温点找出来。


第三是如何准确调焦这是一个比较大的问题。我们可以看这两张对比图,我们拿笔记本电脑做了一个实验,我们现在看到的红外热图上四周轮廓是可见光,中间是红外热像,我们福禄克所有的仪器同时带有红外和可见光两种测量模式。我调焦准确的时候,红外部分和可见光是完全吻合的。但是,当我调焦不准确的时候,红外部分和可见光部分有一个错位。如果大家用过早期的照相机也有可能会发现,我调整的目镜里面也有这样的情况,聚焦不准这两者之间有一条斜线。这可以方便于我们在现场进行准确的调焦。


此外,我们在和其他电力部门进行经验技术交流的时候,有一些经验向大家做一些分享。


我们和宁夏电力做技术交流,是在2006年年底提出的一个问题.他们说线夹的检测,这个红外热像仪检线夹,为什么我线夹的温度是负的。按照正常情况考虑,这个线夹不可能是负的,一般来说线夹温度比环境温度高10—20度左右。当时拿红外热像仪测出来的线夹是负的,我们做了一系列的测试,有几个问题值得大家注意。


一是我们要准确聚焦,如果聚焦不准确,线夹本来的图像就不清晰,更谈不上后面具体的操作和分析,我的聚焦必须要准确的。二是正确的修正发射率。我发现测到负温度的线夹基本上它的发射率都是设在0.95,线夹的发射率不是这样的,因为大部分的线夹以高氧化铝目前用的最多的线夹材料,我们一般建议红外热像仪的发射率修正在0.35。三是我们不能忘记背景温度补偿。如果我们进行变压器和电器柜系统检测的时候,我们的背景温度就是环境温度,但是我们往天空测的话,我们测线夹只能把热像仪向天空测。但是天空的背景温度并不是我们所检测电器柜的背景温度设常温,天空的背景温度要根据天空的实际情况来测。比如晴朗的天空,我们测天空的温度是测不出来的,它低于通常红外热像仪最低温度线,这时候我们对于天空的背景温度的补偿设在能够补偿到的最低温度,一般在零下30—40度左右。如果对于有云和阴天的情况,天空的背景温度一般是在0—10度左右,根据天空的实际情况设置背景温度。


这三点结合起来以后就可以得到一个准确的线夹温度。大家可以看到我左边这张红外热图上,看到的线夹最高温度一个是8.9度,一个是7.0度,当时的环境温度在15度左右,明显不对。当我们做了修正以后,线夹温度变成了49.4和50.0度。


我们和河南电力做技术研讨的时候,他们使用红外热像仪时候的经验:他们对于环境检测有一些要求,比如我的环境问题不低于5摄氏度,空气湿度不大于85%%,这是一般的检测。对于有一些北方地区低温的情况下也是可以检测的,这时候对于红外热像仪检测我们建议开机20—30分钟以后拿到现场进行检测,这时候效果会比较好,因为充分做了一些预热。不应该在有雷雨雾雪的环境进行检测,以免环境的情况对于检测准确性造成影响。风速建议不大于每秒5米。检测的气侯、时间在什么时候,一般以阴天、多云,晴天检测避开阳光的直射。最后一点建议不要再30%%负载以下进行红外热像仪。


责任编辑:电子信息产业网
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