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1带电设备红外检测诊断技术主讲人：郭亮华北电力科学研究院高压所2010年3月4日21.背景和目的2.电力设备故障发热机理3.红外检测技术原理4.DL/T664-2008《带电设备红外诊断应用规范》宣贯5.红外诊断应用实例纲要31.背景和目标1.1电力设备检修体制的演变1.2状态检修技术基础1.3电力设备故障红外诊断技术的发展1.4电力设备故障红外诊断的应用概况4故障检修阶段1.背景和目标1.1电力设备检修体制的演变预防性检修阶段主要包括•定期检修•以可靠性为中心的检修•状态检修51.背景和目标1.2状态检修技术基础仪表或在线监测装置故障信息的状态检测与故障诊断红外测温技术6国际上1.背景和目标1.3电力设备故障红外诊断技术的发展•1965年开始应用红外辐射测温仪测量电动机、变压器和电缆等设备热接头；•20世纪60年代出现红外成像仪，从蒸发照相原成像仪、民用光机扫描式热像仪、红外电视发展到最新的便携式红外热像仪；•20世纪70年代，一些国家已建立健全生产性红外诊断标准和故障判别标准。7国内1.背景和目标1.3电力设备故障红外诊断的发展•1986年前处于调查研究、基础研究和可行性试验阶段；•1987-1991年，引进国内红外热像仪，自主研究光机扫描热像仪和红外电视，主要开展电力设备外部裸露接头热故障检测以及输电线路连接件及劣化绝缘子的直升机航测；•1992-1995年，生产试验阶段，若干生产单位开始进行生产性红外检测工作，科研单位探索设备内部故障的红外热像特征；8国内1.背景和目标1.3电力设备故障红外诊断的发展•1996年至今，应用、推广和建立诊断标准阶段，各单位普遍购置红外诊断仪器，并制订《带电设备红外诊断技术应用导则》（DL/T664-1999）。91.背景和目标1.4电力设备故障红外诊断的应用概况•随着电压等级的提高，设备绝缘距离加大，在更高电压、更远距离的设备上，红外测温已取代传统的接触式温度标签的测温方式；更是实现了跨越高山大川和复杂地形的输电线路的直升机载热像仪巡线；•广泛地应用在了变电设备和输电线路的日常巡检以及故障分析中。102.电力设备故障发热机理2.1高压电气设备内部导流回路故障2.2铁磁损耗或涡流故障2.3高压电气设备内部绝缘故障2.4电压分布异常和泄漏电流增大故障2.5油浸式设备缺油故障112.1高压电气设备内部导流回路故障定子绕组线棒接头焊接不良2.电力设备故障发热机理电流互感器大螺杆接头连接不良变压器套管内部引线连接不良12电流互感器二次回路阻抗过大变压器、互感器铁芯片间短路2.电力设备故障发热机理2.2铁磁损耗或涡流故障定子铁芯过热13定子绕组主绝缘劣化、脱壳与击穿电容器受潮、介质损耗增大变压器套管或避雷器进水受潮2.电力设备故障发热机理2.3高压电气设备内部绝缘故障14避雷器受潮或并联电阻老化线路绝缘子劣化或积污严重2.电力设备故障发热机理2.4电压分布异常和泄漏电流增大故障15变压器套管、电流互感器等漏油2.电力设备故障发热机理2.5油浸式设备缺油故障163.红外检测技术原理3.1红外辐射3.2发射率3.3红外检测仪器原理3.4红外检测影响因素3.5红外检测仪器参数设定17电力设备故障模式热状态异常探测红外辐射信号红外辐射信号（波长0.75-1000μm）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：15-1000μm3.1红外辐射3.红外检测技术原理18辐射反射吸收透射α（吸收率）+ρ（反射率）+τ（透射率）=13.红外检测技术原理3.2发射率19黑体3.2发射率3.红外检测技术原理在任何情况下对一切波长的入射辐射吸收率都等于120发射率：ε3.红外检测技术原理3.2发射率发射=α=121黑体红外辐射功率与温度的变化规律如下：M（T）=σT43.2发射率3.红外检测技术原理黑体单位表面积发射的总辐射功率温度（绝对温度）玻尔兹曼常数22实际物体红外辐射功率与温度的变化规律如下：M（T）=εσT4发射率3.2发射率3.红外检测技术原理23物体表面发射率ε=α=1-ρ-τ对于不透明物体：ε=1–ρ材料性质表面状态温度电力设备绝缘介质0.85-0.95粗糙、氧化膜、积污3.红外检测技术原理3.2发射率24材料温度（℃）发射率抛光铝1000.09强氧化铝25~6000.30~0.40电瓷——0.90~0.92皮肤——0.98不透明塑料——0.953.红外检测技术原理3.2发射率25红外测温仪红外热电视光机扫描热像仪焦平面（FRA）热像仪3.3红外检测仪器原理3.红外检测技术原理26红外测温仪经黑体标定后，通过对被测目标红外辐射能量进行测量，确定被测目标温度。现场测试难以保证精度3.3红外检测仪器原理3.红外检测技术原理27光机扫描热像仪将被测目标的红外辐射经光学系统汇聚、滤波、聚焦后，通过机械扫描系统和红外探测器转变为电信号，并生成可视图像。红外探测器需制冷3.3红外检测仪器原理3.红外检测技术原理28红外热电视利用热释电摄像管接收红外辐射能量转换为电信号，从而生成全电视信号输出。3.3红外检测仪器原理3.红外检测技术原理29焦平面热像仪红外探测器呈列阵平面状，具有自动扫描特性体积小、使用方便、较高空间和温度分辨率3.3红外检测仪器原理3.红外检测技术原理30•温度范围、工作波长、测温精度等•环境温度、窗口、显示和输出•价格、维护和校验3.3红外检测仪器选用原则3.红外检测技术原理31•27-227℃（300-500K）：8-14μm•500℃以上：3-5μm耐热等级OAEBFH200220250工作温度（℃）901051201301551802002202503.3红外检测仪器选用原则3.红外检测技术原理测温范围32红外辐射大气水蒸气CO2吸收带：4.64-4.88μm、5.2-7.65μm完全吸收带：4.18-4.45μm、13.7-17μm8-14μm3.3红外检测仪器选用原则3.红外检测技术原理工作波长33便携式红外热像仪手持式红外热像仪空间分辨率不大于1.5毫弧度不大于1.9毫弧度温度分辨率不大于0.1℃不大于0.15℃像素不低于320×240不低于160×1203.3红外检测仪器选用原则3.红外检测技术原理34发射率•T1/T2=ε1/4•法向发射率，一般来说测试角不大于30°3.4红外检测影响因素3.红外检测技术原理35距离•距离系数决定仪器最大可用测距•被测物体大于光学目标3.4红外检测影响因素3.红外检测技术原理36太阳光•反射和漫反射波长为3~14μm，主要集中在3.4~3.6μm•造成附加温升3.4红外检测影响因素3.红外检测技术原理37粉尘散射•悬浮粒子吸收红外能量，产生衰减3.4红外检测影响因素3.红外检测技术原理38风力•加速热量流动，降低温度3.4红外检测影响因素3.红外检测技术原理39临近辐射体及表面粗糙度•产生反射辐射能量3.4红外检测影响因素3.红外检测技术原理40设备负荷率•影响缺陷部位温度3.4红外检测影响因素3.红外检测技术原理41•发射率•被测物体周围反射温度•大气温度•相对湿度•距离3.5红外检测仪器参数设定3.红外检测技术原理424.《带电设备红外诊断应用规范》4.1范围4.2规范性引用文件4.3术语和定义4.4现场检测要求4.5现场操作技术4.6仪器管理和校验4.7红外检测周期4.8判断方法4.9缺陷类型的确定及处理方法4.10诊断判据43本标准给出了使用红外热像仪检测带电设备的方法、仪器要求、仪器适用范围、缺陷的判断依据及红外数据的管理规定等，使用红外测温仪（点温仪）可参照本规范执行。适用于具有电流、电压致热效应或其它致热效应的各电压等级设备，包括电机、变压器、电抗器、断路器、隔离开关、互感器、套管、电力电容器、避雷器、电力电缆、母线、导线、绝缘子、组合电器、低压电器及二次回路等4.1范围4.《带电设备红外诊断应用规范》44•GB/T11022高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求•GB/T19870-2005工业检测型红外热像仪•DL408电业安全工作规程（发电厂和变电所电气部分）•DL409电业安全工作规程（电力线路部分）•DL/T596电力设备预防性试验规程4.2规范性引用文件4.《带电设备红外诊断应用规范》454.3术语4.《带电设备红外诊断应用规范》温升温差设备表面温度与环境温度参照体表面温度之差不同被测设备或同一被测设备不同部位之间的温度差464.3术语4.《带电设备红外诊断应用规范》相对温差δt＝（τ1－τ2）/τ1×100%＝（T1－T2）/（T1－T0）×100%发热点温度正常点温度环境参照体温度发热点温升正常点温升474.3术语4.《带电设备红外诊断应用规范》环境温度参照体具有与被检测设备相似的物理属性，并与被检测设备处于相似的环境中，用来采集环境温度的物体484.3术语4.《带电设备红外诊断应用规范》一般检测精确检测适用于用红外热像仪对电气设备进行大面积检测主要用于检测电压致热型和部分电流致热型设备的内部缺陷，以便对设备的故障进行精确判断494.3术语4.《带电设备红外诊断应用规范》电压致热型设备电流致热型设备由于电压效应引起发热的设备由于电流效应引起发热的设备504.3术语4.《带电设备红外诊断应用规范》噪声等效温差准确度热像仪观察一个低空间频率的靶标时，当其视频信号的信噪比（S/N）为1时，观测者可以分辨的最小目标与背景之间的等效温差。NETD是评价热像仪探测目标灵敏度和噪声大小的一个客观参数在最大测温范围内，允许的最大温度误差，以绝对误差或误差百分数表示51•熟悉红外诊断技术的基本原理和诊断程序•了解设备的结构特点、工作原理、故障因素•熟练掌握红外热像仪的原理及操作•熟悉红外诊断规程，并经有关部门培训合格4.4现场检测要求4.《带电设备红外诊断应用规范》人员要求52•应严格执行《电业安全工作规程》•应有专人监护，监护人在检测期间应始终行使监护职责，不得擅离岗位或兼任其他工作•应严格执行发电厂、变（配）电站及线路巡视的要求4.4现场检测要求4.《带电设备红外诊断应用规范》安全要求53一般检测环境要求•环境温度不低于5℃•相对湿度不大于85%•阴天或多云天气，夜间最佳，风速不大于5m/s•电流致热型：高峰或者不低于30%额定负荷4.4现场检测要求4.《带电设备红外诊断应用规范》54精确检测环境要求•风速不小于0.5m/s•通电时间不小于6小时，最好24小时•阴天、夜间或日落后2小时•避开人体热源和强电磁场4.4现场检测要求4.《带电设备红外诊断应用规范》55飞机巡线检测基本要求•禁止夜航巡线，禁止在变电站和发电厂等上方飞行•飞机飞行于线路的斜上方并保证有足够的安全距离，巡航速度以50～60km/h为宜•红外热成像仪应安装在专用的带陀螺稳定系统的吊舱内4.4现场检测要求4.《带电设备红外诊断应用规范》56检测仪器要求能满足精确检测的要求，测量精度和测温范围满足现场测试要求，性能指标较高，具有较高的温度分辨率及空间分辨率，具有大气条件的修正模型，操作简便，图像清晰、稳定，有目镜取景器，分析软件功能丰富，具体可参见附录F4.4现场检测要求4.《带电设备红外诊断应用规范》便携式红外热像仪57检测仪器要求能满足一般检测的要求，有最高点温度自动跟踪，采用LCD显示屏，可无取景器，操作简单，仪器轻便，图像比较清晰、稳定。具体可参见附录G4.4现场检测要求4.《带电设备红外诊断应用规范》手持（枪）式红外热像仪58检测仪器要求满足红外热像仪的基本功能要求，配备有中、长焦距镜头，空间分辨率达到使用要求。当采用飞机巡线检测时，红外热成像仪应具备普通宽视野镜头和远距离窄视野镜头，并且可由检测人员根据要求方便切换。4.4现场检测要求4.《带电设备红外诊断应用规范》线路适用型红外热像仪59检测仪器要求将热像探头固定在被检测设备附近，进行在线测试，并将信号反馈到主控系统。要求有外部供电接口，连续稳定工作时间长，并能满足全天候的环境使用条件，其信号和接口可根据系统要求定制。具体可参见附录H4.4