红外测温及其应用

1、电气设备红外诊断技术电气设备温度测量的意义电气设备温度测量的意义设备结构、材料性能往往受温度影响较大电气设备表面温度分布可以反映内部运行状态设备绝缘、导体等缺陷往往会先期以温度场异常方式体现引起电气设备发热的原因回路电阻损耗增大引起发热；回路电阻损耗增大引起发热；介质损耗增大引起发热；介质损耗增大引起发热；铁损增大引起发热；铁损增大引起发热；电压分布异常和泄漏电流增大引起发热；电压分布异常和泄漏电流增大引起发热；缺油及其它故障引起发热1、回路电阻损耗增大引起发热电阻上产生的发热功率为P= KfI2R （1）式中P 发热功率(W)Kf 附加损耗系数I通过的负荷电流(A)R载流导体的直流电阻值()

2、1.1引起导电回路不良连接的主要原因导电回路连接结构设计不合理。安装施工不严格，不符合工艺要求。导线在外界机械作用下，导致连接松弛。长期裸露在大气环境中工作，造成接头电接触表面氧化等。电气设备内部触头表面氧化，多次分合后在触头间存在有机物或碳化物，触头弹簧断裂或退火老化，因触头调整不当或分合时电弧的电腐蚀与等离子蒸汽对触头的磨损及烧蚀，造成触头有效面积减小等。2、介质损耗增大引起发热用作电气内部或载流导体附近电气绝缘的电介质材料，在交变电压作用下引起的能量损耗，称为介质损耗，由此产生的损耗发热功率为 U-施加的电压(V);-交变电压的角频率;C-介质的等值电容(F);tg-绝缘介质损耗因数。C

3、tgUP22.1 引起介质损耗增大的原因绝缘材料的老化、劣化；受潮、污秽；油设备的缺油、油质劣化、老化；3、铁损增大引起发热对于由绕组或磁回路组成的高压电气设备，由于铁芯的磁滞、涡流而产生的电能损耗称为铁磁损耗。由于交变磁场的作用，电器内部或载流导体附近的非磁性导电材料制成的零部件，产生涡流损耗，因而导致电能损耗增加和运行温度升高。3.1 导致铁损增大原因设备结构设计不合理、运行不正常铁芯材质不良，铁芯片间绝缘受损，出现局部或多点短路可分别引起回路磁滞或磁饱和，或在铁芯片间短路处产生环流，增大铁损并导致局部过热。如果出现磁回路漏磁，还会在铁制箱体产生涡流发热。4、电压分布异常和泄漏电流增大引起

4、发热有些高压电气设备，在正常运行状态下，有一定的电压分布和泄漏电流。当出现故障时，将改变其分布电压Ud和泄漏电流Ig的大小，并导致其表面温度分布异常。其发热功率是由分布电压与泄漏电流的乘积决定，即 P=Ud Ig (4)式中Ud 是分布电压 Ig 是泄漏电流5、缺油及其它故障引起发热油浸高压电气设备由于渗漏或其他原因造成缺油或假油位，严重时可以引起油面放电，并导致表面温度分布异常。过负荷、电压变动、设备冷却系统缺陷、散热条件不良等引起的热故障。部分常见红外缺陷典型图谱44.0136.26080100120最大温度: 200.9红外热像热成像及其分析技术热成像技术是一门多样化的技术，它涉及各个领

5、域各个学科很多知识和技术。要掌握好热成像技术，仅仅会拍摄一张热图像是不够的。你必须能够分析热图，理解你所看到的结果。这就涉及到下面的知识： 1).辐射知识 2).红外理论 3).仪器操作 4).热图像拍摄技术 5).热图像分析技术 实际物体的红外辐射规律现实中的物体发射和吸收辐射的能力都低于相同条件下的黑体。而且实际物体的辐射强度除与温度和波长相关外还与该物体的材料性质和表面状态有关。对于实际的物体来说，其辐射能量与温度的关系可表示为4)(TTMT实际物体的红外辐射规律T为辐射率，定义为同一温度及波长条件下，实际物体的辐射能量与黑体辐射能量的比值： 物体温度越高，红外辐射越多；即使物体温度一样

6、，高辐射率物体的辐射要比低辐射率物体的辐射要多。所以物体的温度及表面辐射率决定着物体的辐射能力。)(/ )(TMTMbT影响物体表面辐射率的因素影响物体表面辐射率的因素主要有以下几个方面： 材料：不同性质的材料对红外辐射的吸收、透射性能各异。一般绝大多数纯金属表面的辐射率都很低，而非金属材料，尤其金属氧化物在红外光谱区则一般具有较高的辐射率，同种非金属材料的变化也不大。 表面状态：一般来说，材料表面越粗糙，辐射率将越高。抛光、光亮、平滑的表面辐射率较低，而喷砂、不光滑的表面辐射率较高。 影响物体表面辐射率的因素几何形状：几何形状是指目标的物理外形，一个物体即使有低辐射率的光滑表面，但如果其表面

7、上有孔，那么越深的孔里的辐射率就越高。辐射波长：大部分物体辐射率不会随着波长的变化而有太大的变化，我们常取整个波段辐射率的平均值作为其辐射率值，但有的物体辐射率会随着波长的变化而有显著变化。温度：物体的温度对辐射率也有影响，但大多数情况下影响较小。一般来说，非金属材料的辐射率随温度升高而减小，金属的辐射率近似地随温度成比例增大，比例系数与金属电阻率有关。常见材料辐射率表实际物体的红外辐射、反射、透射W+W+W= Win以上公式体现了能量守恒定律，但吸收、反射和穿透在总辐射中所占的比例，要取决于物体本身的材料特性，体现为吸收率（）、反射率（）、穿透率（），因此，上面的公式也可表示为：+=1 电气

8、设备红外热像的分析分析、判断依据DL/T 664-2008带电设备红外诊断应用规范分析方法直接图谱分析借助红外分析软件电气设备红外热像的分析红外热像分析要点红外缺陷位置识别（依据图像判别热点位置）红外热像特征（掌握特征）红外缺陷性质判定（依据标准确定缺陷性质类型）处理意见（根据缺陷性质类型确定处理方式）红外缺陷位置识别熟悉电气设备结构辨别图像缺陷点位置用术语对红外缺陷位置进行描述红外热像特征根据红外图像掌握热像特征（局部、点发热，整体发热，温度梯度）结合缺陷位置判别缺陷发热类别（内部缺陷、外部缺陷、电压致热、电流致热、电磁致热）热像特征描述红外缺陷性质判定红外缺陷性质分类一般缺陷：设备存在过热

9、，有一定温差，温度场有一定梯度，但不会引起事故严重缺陷：设备存在过热，程度较重，温度场分布梯度较大，温差较大的缺陷危急缺陷：设备温度超过GB/T 11022规定最高允许温度；相对温差极大红外缺陷性质判定不同类型设备缺陷判定原则电流致热型设备：DL/T664 标准附录A电压致热型设备： DL/T664 标准附录B。电压致热型设备一般定为严重及以上缺陷磁场致热型：参照电流致热型判据处理其他类型：参照GB/T 11022规定最高允许温度及运行经验确定电气设备热缺陷分析判定方法表面温度判断法同类比较法图像特征判断法相对温差法档案分析法实时分析法表面温度判断法适用范围：电流致热型设备、电磁效应致热型设备

10、主要依据：GB/T 11022 高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求GB 76390 交流高压电器在长期工作时的发热DL/T 664带电设备红外诊断应用规范附录C表面温度判断法举例热点位置：10kV电容器组刀闸静触头热想特征：以触头为中心的热像，热点明显热点最高温度：94.5 ；最大相对温差：66 ；同类比较法适用范围：电流致热型设备、电压致热型设备主要依据：DL/T 664带电设备红外诊断应用规范方法：根据同组三相设备、同相设备之间及同类设备之间对应部位的温差进行比较分析，确定缺陷类型。同类比较法举例电容器发热，热区温度明显高于同类设备说明存在缺陷。110kV耦合电容器缺油C相上部的低温

11、部位为缺油区，而且整体温度明显高于另外两相。查明为缺油受潮。图像特征判断法适用范围：电压致热型设备主要依据： DL/T 664带电设备红外诊断应用规范附录图谱注意事项：应尽量排除干扰因素，必要时结合电气试验或化学分析结果综合判断。图像特征判断法举例石家庄供电公司东寺220kV 变电站223B 相耦合电容器，第三节耦合电容器及小套管处发热异常，第三节耦合电容器表面温度为12.7 ，小套管表面温度为85（正常相温度为10.7），属严重缺陷。经查，发热原因小套管引线断线，套管根部高阻接地导致发热引起小瓷套崩裂（但电压抽取正常）。底部由于渗油、受潮或放电使得第三节耦合电容器内部温度升高，通过瓷套传递从

12、而表现出来。当日立即停电并连夜查找备件，次日更换完毕后恢复正常。图像特征判断法举例断路器顶帽和下法兰为中心热像，先法兰温度高于顶帽温度。图像特征符合断路器中间触头接触不良特点。相对温差法适用范围：电流致热型设备，特别是对小负荷电流致热型设备可降低小负荷缺陷的漏判率。主要依据： DL/T 664带电设备红外诊断应用规范附录A相对温差法举例缺陷相CT热点温度44.3 ，正常相对应位置32.7 。相对温差78%。温差11.6，符合一般缺陷特征相对温差法举例刀闸B相出现过热，最高温度103.9 ，最低温度47 。最大相对温差达到110；属于紧急缺陷。停电后进行处理缺陷消除，温度恢复正常值。档案分析法和

13、实时分析法适用范围：各类设备需要建立电气设备红外档案或进行长时间连续观测红外图谱分析判据电压致热型设备判据电流致热型设备判据综合致热型设备判据电磁致热型判据电流致热型设备缺陷判别依据： DL/T 664带电设备红外诊断应用规范附录A步骤：识别设备类别、部位辨别热像特征根据红外测温数据判定缺陷性质最高温度点温度确定计算相对温差1.依据热图特征进一步确定缺陷电流致热型设备缺陷判别举例1、识别缺陷部位名称；电流互感器连接片过热缺陷2、热像特征描述； 以线夹和接头为中心的热像3、根据所给数据,分析判定缺陷性质热点温度73.8 ，环境温度24.9 .计算得热点相对温差85.07%。根据DL664标准应判

14、定为严重缺陷最高温度环境温度相对温差%设备173.8 24.9 85.07 设备232.2 24.9 -19.18 设备333.6 24.9 16.09 电流致热型设备缺陷判别举例最高温度环境温度相对温差%区域1146.4 26.0 74.25 区域257.0 26.0 0.00 区域357.0 26.0 0.00 1、识别缺陷部位名称；该发热处为隔离开关刀口（握手处）； 2、热像特征描述； 以刀口压接处为中心的热像。3、根据所给数据,分析判定缺陷性质热成像测得的中相最高温度146.4，热点温度大于130，应判断为危急缺陷；电流致热型设备缺陷判别举例1、识别缺陷部位名称；该发热处为隔离开关刀口

15、（握手处）； 2、热像特征描述； 以刀口压接处为中心的热像。3、根据所给数据,分析判定缺陷性质热成像测得的中相最高温度70.9，相对温差73.67%，应判断为一般缺陷；最高温度环境温度相对温差%设备170.9 29.5 73.67 设备240.4 29.5 -7.34 设备341.2 29.5 6.84 电压致热型设备缺陷判别依据： DL/T 664带电设备红外诊断应用规范附录B步骤：识别设备类别、部位辨别热像特征根据红外测温数据及图谱特征判定缺陷性质最高温度点温度确定计算相对温差依据热图特征进一步确定缺陷电压致热型设备缺陷判别举例1、识别缺陷部位名称；该发热处为瓷质绝缘子铁帽； 2、热像特征

16、描述； 以绝缘子铁帽为中心的热像。相邻绝缘子温差很小。热点温差超过1 3、缺陷性质判定热成像图特征符合低值绝缘子发热特点；电压致热型设备缺陷判别举例1、识别缺陷部位：复合绝缘子端头部位； 2、热像特征描述： 复合绝缘子端头部位出现热点。热点温差超过1 3、缺陷性质判定热成像图特征符合合成绝缘子发热特点；电压致热型设备缺陷判别举例耦合电容器下节介损偏大发热电磁致热性缺陷判据依据： 可依据电流致热型设备判据处理步骤：识别设备类别、部位辨别热像特征根据红外测温数据及图谱特征判定缺陷性质最高温度点温度确定计算相对温差依据热图特征进一步确定缺陷性质电磁致热型缺陷举例变压器磁屏蔽不良，涡流导致损耗发热。综

17、合致热型缺陷判据依据： ： DL/T 664带电设备红外诊断应用规范综合判断缺陷性质步骤：识别设备类别、部位辨别热像特征根据红外测温数据及图谱特征判定缺陷性质最高温度点温度确定计算相对温差1.依据热图特征进一步确定缺陷性质其他热缺陷举例变压器散热器油路关闭造成散热不良其他热缺陷举例套管缺油穿墙套管涡流发热互感器二次接点发热电缆接头发热其他热缺陷举例避雷器发热阻波器涡流发热红外缺陷处理意见一般缺陷：注意观察发展，有计划安排实验检修消除缺陷严重缺陷：应尽快处理。可采取降负荷、加强监视确认缺陷性质后立即处理等措施危急缺陷：立即安排处理。红外图谱分析应注意的要点设备类别和缺陷部位识别正确设备发热类型判

18、断准确保证红外热像相关参数正确红外图谱分析应注意的要点图像分析时注意反射、大气扰动等对温度值的影响高辐射率物体的红外图像表面温度接近它的真实温度,低辐射率物体的红外图像表面温度接近环境温度. 如果一个电力设备由两部分连接在一起,两者温度应该一样,但我们如果看到图像上温度差别很大,那一定是由于两者材料不同或表面光洁度不同,使二者具有不同的辐射率,看上去温度低的部分反射了环境温度或者天空的温度(会出现负温度值) 红外图谱分析应注意的要点注意环境温度、负荷电流等参数对缺陷定性的影响热点温升小于15K时，不宜采用DL/T664标准附录A规定确定缺陷性质。对于负荷率小、温升小但相对温差大的设备，可在增大

19、负荷后复测，当无法改变负荷时可暂定为一般缺陷严格依据DL/T664标准确定缺陷性质影响红外热成像测量精度的因素 热像仪显示的红外图像是物体红外辐射的二维图像化，它反映物体表面的温度分布状况，但要想准确测量图像中物体各点的温度，还要对一些物体参数进行设置，如辐射率、距离等，同一物体不同的参数设定，将对温度测量结果产生很大的影响。影响红外热成像测量精度的因素 物体的辐射率反射表观温度物体与热像仪之间的距离相对湿度大气温度其他扰动红外图像的拍摄温度范围、聚焦效果和构图温度范围、聚焦效果和构图辐射率、距离、电平值和温度跨度色彩模式的选择避免环境的干扰温度范围、聚焦效果和构图图像拍摄受应首先注意热像仪的

20、温度范围；拍摄时的聚焦效果和图像构成。这三个方面在图像拍摄后将无法改变。错误选择的温度范围将使红外热图在温度超限区域失去对比度，并导致温度测量错误。聚焦不良好拍摄出来的图像模糊、不清晰，同时也影响测量结果的准确性。红外热图的构图应将要测量的目标物体显著表现出来，使图像美观，便于识别。不能将其放在图像的拐角或边缘。此外，拍摄时与目标的距离对拍摄效果和准确测温也有较大影响。应当在安全允许的情况下尽可能靠近被摄目标。辐射率、距离、电平值和温度跨度正确的目标辐射率设定才能实现准确的温度测定。此外，距离此参数也对测温的准确性有一定影响。拍摄时应所选择恰当的电平值和跨度值能够优化图像，提高图像的对比度。温

21、度跨度指图像显示最高温与最低温之间的跨度，可以认为它就是“热对比度”。红外热图的温度跨度越宽图像的对比度越差，反之越好；电平值是温度跨度值的中间值，可以认为是“热亮度”。该值越高，图像越暗。在实际测量中，我们常采用自动调节电平值和跨度值，但对于与环境温差较大，自身温度分布差别不大的目标，手动调节图像会更清晰，如测量电压致热型设备的电容器、避雷器或线路的绝缘子色彩模式的选择色彩模式或调色板实现将热图中的温度信息以不同的颜色表现出来。合适的色彩模式可以将温度的分布状况以较好的颜色对比度来显示图像中的温度层次。一般高对比度的色彩模式用于显示低对比度的目标；低对比度的色彩模式显示用于高对比度的目标 避

22、免环境的干扰环境的干扰有点源目标的反射干扰、背景辐射干扰、气象条件的干扰的干扰等情形。点源目标的反射容易让我们产生错觉，它并不是目标真实的辐射，我们可以通过调整拍摄角度来判断和识别。目标真实的温度分布是渐变的，而反射的温度分布则不同，避免环境的干扰避免环境的干扰对于背景干扰，一般而言，高辐射率物体的红外图像表面温度接近它的真实温度,低辐射率物体的红外图像表面温度接近环境温度。这正是由于，低辐射率物体表面反射环境温度所致。因此，如果一个电力设备由两部分连接在一起,两者温度应该一样,但我们如果看到图像上温度差别很大,那一定是由于两者材料不同或表面光洁度不同,使二者具有不同的辐射率,看上去温度低的部

23、分反射了环境温度或者天空的温度(会出现负温度值)目前省内电气设备红外带电诊断工作存在的问题红外成像设备配置 红外热像仪配置数量不足；热像仪的配置档次缺少针对性；存在红外热像仪闲置或故障损坏现象；目前省内电气设备红外带电诊断工作存在的问题人员素质2.1 红外检测人员对电气设备构造、原理不熟悉；2.2 对红外测温基本原理不了解；2.3 对所使用的设备不熟；2.4 对相关规程不了解；2.5 红外图谱分析能力偏弱；2.6 现场红外检测技术能力不足；目前省内电气设备红外带电诊断工作存在的问题管理水平相关管理标准、技术标准配备、制定不全面；红外热像图谱分析、档案管理等有待提高；红外测温工作未能很好的与日常

24、运行管理、缺陷管理等形成体系化重视程度精确红外测温工作红外精确测温工作的三个阶段1、准备阶段热像仪电池充电、存储卡检验、设备开机检测、主要参数设定以及其他辅助工具等（如三脚架、照明设备、记录本等）精确红外测温工作2、测试阶段测试时间：日落后2小时，日出前2小时测试环境：风速、雨雾、现场应关闭照明红外图片：110kV及以下设备至少保证每三相同类设备有一张红外图片。220kV级以上设备应保证每个设备有一张红外图片。同时对应红外图片应有一张可见光图片文件命名：可见光与红外图片应恰当命名精确红外测温工作3、分析阶段宜采用软件分析分析应给出：热点位置、特征描述缺陷性质判定及其依据处理意见建议红外热像仪参

25、数设定辐射率：0.9距离：15m热像仪温度档位：红外热像仪一般有两个以上温度测量档位，使用前应根据预估的被测电气设备可能温度值进行设置，尽可能采用可覆盖设备可能温度范围条件下最小的温度范围档位红外热像仪测温跨度红外热像仪测温跨度指热像仪中对应伪彩色最高温度值与最低温度值的差值。热像仪使用前应根据被测设备可能的发热类型进行初步设定。一般应确保测温跨度覆盖被测设备最高温度与本体平均温度范围，并以能清晰成像为原则。红外热像仪参数设定电平值或测温平均值该值指红外热像仪温度跨度的中间值对应的实际温度值。该值一本设定为电气设备整体或所关心区域的平均温度值。恰当设置该值与测温跨度该值可以有效发现温升较低的各

26、类非电流热致热型缺陷。红外热像仪参数设定环境参考体温度用来采集环境温度的物体。它不一定具有当时的真实环境温度，但具有与被测设备相似的物理属性，并与被检测设备处于相似环境中。一般可选取停运的电气设备同类材质部位，选取时还需特别注意其表面氧化、覆污等情况应尽可能与被测设备相类似，并最好与被设备处于同一方向或同一视场中。红外热像仪参数设定测试距离红外精确测温要求在保证安全的前提条件下尽可能接近被测目标。确定测试位置后应根据测试点与被测点距离设置该参数该参数的设置一般可以采用目测热像仪镜头与被测目标之间距离的方式进行设置。红外热像仪参数设定环境温度、湿度值测温工作开始前应首先读取温湿度计上的温度、湿度数据作为环境（大气）温度及湿度值参数的设定数据。其他的参数设定根据现场需要进行伪彩色、温度分析方式等参数设置。建议一般电流致