紅外精確測溫201304(朱虎) -講課版

紅外測溫及分析2013.04紅外基礎知識簡介紅外輻射相關知識紅外測溫技術在電力生產方面的應用紅外圖譜分析判據(jù)精確測溫紅外基礎知識簡介我們身邊充滿了電磁波γ射線X射線紫外可見光紅外線（紅外輻射）微波無線電波……紅外線波長0.75μm——1000μm波長0.40μm—0.75μm紅外線分類按波長不同分類：近紅外0.75–3μm中紅外3–6μm遠紅外6–15μm極遠紅外15–1000μm紅外線的特性任何溫度高于絕對零度（-273.15℃）的物體都會發(fā)出紅外線，比如冰塊。普遍性紅外線的特性輻射能量與物體溫度的關系遵從基爾霍夫定律遵從普朗克定律遵從斯蒂芬·波爾茲曼定律遵從維恩位移定律大氣對紅外輻射的影響大氣吸收帶把紅外輻射大致分為三個波段，即1—2.5μm、3—5μm、8—13μm，可作為透過紅外輻射的“大氣窗口”。紅外熱成像檢測技術，就是利用了這些“大氣窗口”。紅外輻射相關知識物體接收的入射輻射輻射—物體向外發(fā)出自身能量吸收—物體獲得并保存來自外界的輻射反射—物體彈回來自外界的輻射透射—來自外界的輻射經過物體穿透出去入射輻射Win反射輻射W吸收輻射

W透射輻射WWа+Wρ+Wτ=Win=100%а+ρ+τ=1物體發(fā)出的紅外輻射反射輻射源反射輻射WTTTε透射輻射源透射輻射W自身輻射Wε物體發(fā)出的輻射WexWε+Wρ+Wτ=Wex=100%ε+ρ+τ=1輻射率—ε又稱輻射系數(shù)。是衡量物體表面以輻射形式釋放能量相對強弱的能力。指物體在一定溫度下輻射的能量與同一溫度下黑體輻射能量之比。輻射率—ε物體自身的紅外輻射是各個方向的，輻射量取決于物體自身的溫度以及它的表面輻射率.即使物體溫度一樣，高輻射率物體的輻射要比低輻射率物體的輻射要多。所以物體的溫度及表面輻射率決定著物體的輻射能力輻射率—ε

高輻射率物體的紅外圖像表面溫度接近它的真實溫度,

低輻射率物體的紅外圖像表面溫度接近環(huán)境溫度

25℃20℃60℃(1)杯中不倒水(2)杯中倒入20℃的涼水(3)杯中倒入60℃熱水

影響物體表面輻射率的因素材料表面狀態(tài)幾何形狀輻射波長溫度影響物體表面輻射率的因素幾何形狀輻射波長溫度黑體黑體是一個理想的輻射體，真正的黑體并不存在黑體完全吸收所有的入射輻射，也就是說它既不反射也不穿透任何輻射。即黑體的入射率等于1黑體完全輻射自身的能量。即黑體的輻射率等于1其他物體的輻射率介于0和1之間。常見材料輻射率表紅外測溫技術在電力生產方面的應用引起電氣設備發(fā)熱的原因回路電阻損耗增大引起發(fā)熱；介質損耗增大引起發(fā)熱；鐵損增大引起發(fā)熱；電壓分布異常和泄漏電流增大引起發(fā)熱；缺油及其它故障引起發(fā)熱回路電阻損耗增大引起的發(fā)熱電阻上產生的發(fā)熱功率為

P=KfI2R式中

P發(fā)熱功率(W)Kf

附加損耗系數(shù)

I通過的負荷電流(A)R載流導體的直流電阻值(?)導致回路電阻增大的原因導電回路連接結構設計不合理。安裝施工不嚴格，不符合工藝要求。導線在外界機械作用下，導致連接松弛。長期裸露在大氣環(huán)境中工作，造成接頭電接觸表面氧化等。電氣設備內部觸頭表面氧化，多次分合后在觸頭間存在有機物或碳化物，觸頭彈簧斷裂或退火老化，因觸頭調整不當或分合時電弧的電腐蝕與等離子蒸汽對觸頭的磨損及燒蝕，造成觸頭有效面積減小等。介質損耗增大引起的發(fā)熱

用作電氣內部或載流導體附近電氣絕緣的電介質材料，在交變電壓作用下引起的能量損耗，稱為介質損耗，由此產生的損耗發(fā)熱功率為U----施加的電壓(V);ω---交變電壓的角頻率;C----介質的等值電容(F);tgδ-絕緣介質損耗因數(shù)。引起介質損耗增大的原因絕緣材料的老化、劣化；受潮、污穢；油設備的缺油、油質劣化、老化；鐵損增大引起的發(fā)熱

對于由繞組或磁回路組成的高壓電氣設備，由于鐵芯的磁滯、渦流而產生的電能損耗稱為鐵磁損耗。由于交變磁場的作用，電器內部或載流導體附近的非磁性導電材料制成的零部件，產生渦流損耗，因而導致電能損耗增加和運行溫度升高。導致鐵損增大的原因設備結構設計不合理、運行不正常鐵芯材質不良，鐵芯片間絕緣受損，出現(xiàn)局部或多點短路可分別引起回路磁滯或磁飽和，或在鐵芯片間短路處產生環(huán)流，增大鐵損并導致局部過熱。如果出現(xiàn)磁回路漏磁，還會在鐵制箱體產生渦流發(fā)熱。電壓分布異常和泄漏電流增大引起的發(fā)熱

有些高壓電氣設備，在正常運行狀態(tài)下，有一定的電壓分布和泄漏電流。當出現(xiàn)故障時，將改變其分布電壓Ud和泄漏電流Ig的大小，并導致其表面溫度分布異常。其發(fā)熱功率是由分布電壓與泄漏電流的乘積決定，即P=UdIg

式中

Ud分布電壓Ig泄漏電流缺油及其他故障引起的發(fā)熱油浸高壓電氣設備由于滲漏或其他原因造成缺油或假油位，嚴重時可以引起油面放電，并導致表面溫度分布異常。過負荷、電壓變動、設備冷卻系統(tǒng)缺陷、散熱條件不良等引起的熱故障。故障發(fā)熱對電力設備的危害電力設備中使用大量的金屬材料和絕緣介質材料金屬材料

金屬材料在高溫狀態(tài)下將由極微小的變形而逐步累積，漸漸變到一種緩慢穩(wěn)定的變形，繼續(xù)發(fā)展為加速變形直到斷裂破壞。極微小的變形緩慢穩(wěn)定的變形加速變形斷裂破壞絕緣介質材料在高溫作用下，絕緣材料的物理和化學特性將發(fā)生改變，如變色、變粘、變脆、變硬，甚至開裂、碳化而完全失效。一般認為，當材料的工作溫度超過它的允許溫度10℃左右時，絕緣材料的壽命將降低到原來壽命的一半左右。電氣設備熱缺陷分析紅外判定方法表面溫度判斷法同類比較法圖像特征判斷法相對溫差法檔案分析法實時分析法表面溫度判斷法適用范圍：電流致熱型設備、電磁效應致熱型設備主要依據(jù)：GB/T11022《高壓開關設備和控制設備標準的共同技術要求》GB763—90《交流高壓電器在長期工作時的發(fā)熱》DL/T664《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》附錄C表面溫度判斷法舉例熱點位置：10kV電容器組刀閘靜觸頭熱想特征：以觸頭為中心的熱像，熱點明顯熱點最高溫度：94.5℃；最大相對溫差：60.5℃；同類比較法適用范圍：電流致熱型設備、電壓致熱型設備主要依據(jù)：DL/T664《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》方法：根據(jù)同組三相設備、同相設備之間及同類設備之間對應部位的溫差進行比較分析，確定缺陷類型。同類比較法舉例電容器發(fā)熱，熱區(qū)溫度明顯高于同類設備說明存在缺陷。110kV耦合電容器缺油C相上部的低溫部位為缺油區(qū)，而且整體溫度明顯高于另外兩相。查明為缺油受潮。圖像特征判斷法適用范圍：電壓致熱型設備主要依據(jù)：DL/T664《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》附錄圖譜注意事項：應盡量排除干擾因素，必要時結合電氣試驗或化學分析結果綜合判斷。圖像特征判斷法舉例石家莊供電公司東寺220kV變電站223B相耦合電容器，第三節(jié)耦合電容器及小套管處發(fā)熱異常，第三節(jié)耦合電容器表面溫度為12.7℃，小套管表面溫度為85℃（正常相溫度為10.7℃），屬嚴重缺陷。經查，發(fā)熱原因小套管引線斷線，套管根部高阻接地導致發(fā)熱引起小瓷套崩裂（但電壓抽取正常）。底部由于滲油、受潮或放電使得第三節(jié)耦合電容器內部溫度升高，通過瓷套傳遞從而表現(xiàn)出來。當日立即停電并連夜查找備件，次日更換完畢后恢復正常。相對溫差法適用范圍：電流致熱型設備，特別是對小負荷電流致熱型設備可降低小負荷缺陷的漏判率。主要依據(jù)：DL/T664《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》附錄A相對溫差法舉例刀閘B相出現(xiàn)過熱，最高溫度103.9℃，最低溫度47℃。最大相對溫差達到110％；屬于緊急缺陷。停電后進行處理缺陷消除，溫度恢復正常值。檔案分析法和實時分析法適用范圍：各類設備需要建立電氣設備紅外檔案或進行長時間連續(xù)觀測紅外圖譜分析判據(jù)紅外圖譜分析判據(jù)電壓致熱型設備判據(jù)電流致熱型設備判據(jù)綜合致熱型設備判據(jù)電磁致熱型判據(jù)電流致熱型設備缺陷判別依據(jù)：DL/T664《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》附錄A步驟：識別設備類別、部位辨別熱像特征根據(jù)紅外測溫數(shù)據(jù)判定缺陷性質最高溫度點溫度確定計算相對溫差依據(jù)熱圖特征進一步確定缺陷電流致熱型設備缺陷判別舉例最高溫度環(huán)境溫度相對溫差%區(qū)域1146.426.074.25區(qū)域257.026.00.00區(qū)域357.026.00.001、識別缺陷部位名稱；該發(fā)熱處為隔離開關刀口（握手處）；

2、熱像特征描述；以刀口壓接處為中心的熱像。3、根據(jù)所給數(shù)據(jù),分析判定缺陷性質熱成像測得的中相最高溫度146.4℃，熱點溫度大于130℃，應判斷為危急缺陷；電流致熱型設備缺陷判別舉例最高溫度環(huán)境溫度相對溫差%設備170.929.573.67設備240.429.5-7.34設備341.229.56.841、識別缺陷部位名稱；該發(fā)熱處為隔離開關刀口（握手處）；

2、熱像特征描述；

以刀口壓接處為中心的熱像。3、根據(jù)所給數(shù)據(jù),分析判定缺陷性質熱成像測得的中相最高溫度70.9℃，相對溫差73.67%，應判斷為一般缺陷；電壓致熱型設備缺陷判別依據(jù)：DL/T664《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》附錄B步驟：識別設備類別、部位辨別熱像特征根據(jù)紅外測溫數(shù)據(jù)及圖譜特征判定缺陷性質最高溫度點溫度確定計算相對溫差依據(jù)熱圖特征進一步確定缺陷電壓致熱型設備缺陷判別舉例1、識別缺陷部位名稱；該發(fā)熱處為瓷質絕緣子鐵帽；

2、熱像特征描述；

以絕緣子鐵帽為中心的熱像。相鄰絕緣子溫差很小。熱點溫差超過1℃3、缺陷性質判定熱成像圖特征符合低值絕緣子發(fā)熱特點；電磁致熱型設備缺陷判別依據(jù)：

可依據(jù)電流致熱型設備判據(jù)處理步驟：識別設備類別、部位辨別熱像特征根據(jù)紅外測溫數(shù)據(jù)及圖譜特征判定缺陷性質最高溫度點溫度確定計算相對溫差依據(jù)熱圖特征進一步確定缺陷性質電磁致熱型設備缺陷判別舉例變壓器磁屏蔽不良，渦流導致?lián)p耗發(fā)熱。綜合致熱性缺陷判據(jù)依據(jù)：

：DL/T664《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》綜合判斷缺陷性質步驟：識別設備類別、部位辨別熱像特征根據(jù)紅外測溫數(shù)據(jù)及圖譜特征判定缺陷性質最高溫度點溫度確定計算相對溫差依據(jù)熱圖特征進一步確定缺陷性質其他缺陷舉例變壓器散熱器油路關閉造成散熱不良其他缺陷舉例避雷器發(fā)熱阻波器渦流發(fā)熱設備類別和缺陷部位識別正確設備發(fā)熱類型判斷準確保證紅外熱像相關參數(shù)正確紅外圖譜分析應注意的要點圖像分析時注意反射、大氣擾動等對溫度值的影響高輻射率物體的紅外圖像表面溫度接近它的真實溫度,低輻射率物體的紅外圖像表面溫度接近環(huán)境溫度.如果一個電力設備由兩部分連接在一起,兩者溫度應該一樣,但我們如果看到圖像上溫度差別很大,那一定是由于兩者材料不同或表面光潔度不同,使二者具有不同的輻射率,看上去溫度低的部分反射了環(huán)境溫度或者天空的溫度(會出現(xiàn)負溫度值)

紅外圖譜分析應注意的要點紅外圖譜分析應注意的要點注意環(huán)境溫度、負荷電流等參數(shù)對缺陷定性的影響熱點溫升小于15K時，不宜采用DL/T664標準附錄A規(guī)定確定缺陷性質。對于負荷率小、溫升小但相對溫差大的設備，可在增大負荷后復測，當無法改變負荷時可暫定為一般缺陷嚴格依據(jù)DL/T664標準確定缺陷性質熱像儀顯示的紅外圖像是物體紅外輻射的二維圖像化，它反映物體表面的溫度分布狀況，但要想準確測量圖像中物體各點的溫度，還要對一些物體參數(shù)進行設置，如輻射率、距離等，同一物體不同的參數(shù)設定，將對溫度測量結果產生很大的影響。影響紅外熱像測量精度的因素

物體的輻射率反射表觀溫度物體與熱像儀之間的距離相對濕度大氣溫度其他擾動影響紅外熱像測量精度的因素溫度范圍、聚焦效果和構圖輻射率、距離、電平值和溫度跨度色彩模式的選擇避免環(huán)境的干擾紅外圖像拍攝時要主要以下幾點圖像拍攝者應注意熱像儀的溫度范圍、拍攝時的聚焦效果

和圖像構成。這三個方面在圖像拍攝后將無法改變。錯誤選擇的溫度范圍將使紅外熱圖在溫度超限區(qū)域失去對比度，并導致溫度測量錯誤。聚焦不良好拍攝出來的圖像模糊、不清晰，同時也影響測量結果的準確性。紅外熱圖的構圖應將要測量的目標物體顯著表現(xiàn)出來，使圖像美觀，便于識別。不能將其放在圖像的拐角或邊緣。此外，拍攝時與目標的距離對拍攝效果和準確測溫也有較大影響。應當在安全允許的情況下盡可能靠近被攝目標。溫度范圍、聚焦效果和構圖正確的目標輻射率設定才能實現(xiàn)準確的溫度測定。此外，距離此參數(shù)也對測溫的準確性有一定影響。拍攝時應所選擇恰當?shù)碾娖街岛涂缍戎的軌騼?yōu)化圖像，提高圖像的對比度。溫度跨度指圖像顯示最高溫與最低溫之間的跨度，可以認為它就是“熱對比度”。紅外熱圖的溫度跨度越寬圖像的對比度越差，反之越好；電平值是溫度跨度值的中間值，可以認為是“熱亮度”。該值越高，圖像越暗。在實際測量中，我們常采用自動調節(jié)電平值和跨度值，但對于與環(huán)境溫差較大，自身溫度分布差別不大的目標，手動調節(jié)圖像會更清晰，如測量電壓致熱型設備的電容器、避雷器或線路的絕緣子輻射率、距離、電平值和溫度跨度色彩模式或調色板實現(xiàn)將熱圖中的溫度信息以不同的顏色表現(xiàn)出來。合適的色彩模式可以將溫度的分布狀況以較好的顏色對比度來顯示圖像中的溫度層次。一般高對比度的色彩模式用于顯示低對比度的目標；低對比度的色彩模式顯示用于高對比度的目標色彩模式的選擇

環(huán)境的干擾有點源目標的反射干擾、背景輻射干擾、氣象條件的干擾的干擾等情形。點源目標的反射容易讓我們產生錯覺，它并不是目標真實的輻射，我們可以通過調整拍攝角度來判斷和識別。目標真實的溫度分布是漸變的，而反射的溫度分布則不同。避免環(huán)境的干擾對于背景干擾，一般而言，高輻射率物體的紅外圖像表面溫度接近它的真實溫度,低輻射率物體的紅外圖像表面溫度接近環(huán)境溫度。這正是由于，低輻射率物體表面反射環(huán)境溫度所致。因此，如果一個電力設備由兩部分連接在一起,兩者溫度應該一樣,但我們如果看到圖像上溫度差別很大,那一定是由于兩者材料不同或表面光潔度不同,使二者具有不同的輻射率,看上去溫度低的部分反射了環(huán)境溫度或者天空的溫度(會出現(xiàn)負溫度值)避免環(huán)境的干擾精確測溫一般檢測：

適用于用紅外熱像儀對電氣設備進行大面積檢測精確檢測：

主要用于檢測電壓致熱型和部分電流致熱型設備的內部缺陷，以便對設備的故障進行精確判斷精確測溫概念DL/T664《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》人員要求安全要求檢測環(huán)境條件的要求檢測儀器的要求現(xiàn)場檢測的要求紅外檢測屬于設備帶電檢測，檢測人員應具備如下條件：人員要求

熟悉紅外診斷技術的基本原理和診斷程序，了解紅外熱像儀的工作原理、技術參數(shù)和性能，掌握熱像儀的操作程序和使用方法了解被檢測設備的結構特點、工作原理、運行狀況和導致設備故障的基本因素熟悉DL/T664《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》，接受過紅外熱像檢測技術培訓，并經相關機構培訓合格具有一定的現(xiàn)場工作經驗，熟悉并能嚴格遵守電力生產和工作現(xiàn)場的有關安全管理規(guī)定安全要求

嚴格執(zhí)行電力安全工作規(guī)范（包括變電部分和線路部分）應嚴格執(zhí)行變電站及線路巡視的要求應有專人監(jiān)護，監(jiān)護人在檢測期間應始終行使監(jiān)護職責，不得擅離崗位或兼任其他工作檢測環(huán)境條件的要求一般檢測要求：被檢設備是帶電運行設備，應盡量避開視線中的封閉遮擋物，如門和蓋板等環(huán)境溫度一般不低于5℃，相對濕度一般不大于85%；天氣以陰天、多云為宜，夜間圖像質量為佳；不應在雷、雨、霧、雪等氣象條件下進行，檢測時的風速一般不大于5m/s（樹葉和樹枝擺動不息，旗幟展開為3.4—5.4m/s）戶外晴天要避開陽光直接照射或反射進入儀器鏡頭，在室內或晚上檢測應避開燈光的直射，宜閉燈檢測檢測電流致熱型設備，最好在高峰負荷下進行。否則，一般應在不低于30%的額定負荷下進行，同時應充分考慮小負荷電流對測試結果的影響檢測環(huán)境條件的要求精確檢測要求（除滿足一般檢測的環(huán)境要求外，還應滿足的要求）風速一般不大于0.5m/s（煙不是直上的，而是指向一定方向，樹枝略有搬動為0.3—1.5m/s）設備通電時間不小于6h，最好在24h以上檢測期間天氣為陰天、夜間或晴天日落2h后被檢測設備周圍應具有均衡的背景輻射，應盡量避開附近熱輻射源的干擾，某些設備被檢測時還應避開人體熱源等的紅外輻射避開強電磁場，防止強電磁場影響紅外熱像儀的正常工作檢測儀器的要求響應波長范圍（一般8—14um）空間分辨率（標準鏡頭配置不大于1.5毫弧度）溫度分辨率（不大于0.1℃）像素（不低于320*240）溫度測量范圍（-20—200℃）輻射率（0.01—1連續(xù)可調，以0.01為步長）可存儲紅外熱像圖及各種參數(shù)1、準備階段人員分工明確（包括工作負責人和專責監(jiān)護人）、熱像儀電池充電、存儲卡檢驗、設備開機檢測、主要參數(shù)設定以及其他輔助工具等（如三腳架、照明設備、記錄本等）現(xiàn)場精確紅外測溫2、測試階段測試時間：日落后2小時，日出前2小時測試環(huán)境：風速、雨霧、現(xiàn)場應關閉照明測試記錄：應包括設備編號、設備名稱、電壓等級、缺陷部位、表面溫度、參照體溫度、負荷電流和額定電流、缺陷性質、測試時間紅外圖片：110kV及以下設備至少保證每三相同類設備有一張紅外圖片。220kV級以上設備應保證每個設備有一張紅外圖片。同時對應紅外圖片應有一張可見光圖片文件命名：可見光與紅外圖片應恰當命名現(xiàn)場精確紅外測溫現(xiàn)場精確紅外測溫3、分析階段宜采用軟件分析分析應給出：（1）熱點位置、特征描述（2）缺陷性質判定及其依據(jù)（3）處理意見建議紅外熱像儀參數(shù)設定輻射率：0.9距離：15m熱像儀溫度檔位：紅外熱像儀一般有兩個以上溫度測量檔位，使用前應根據(jù)預估的被測電氣設備可能溫度值進行設置，盡可能采用可覆蓋設備可能溫度范圍條件下最小的溫度范圍檔位紅外熱像儀參數(shù)設定紅外熱像儀測溫跨度紅外熱像儀測溫跨度指熱像儀中對應偽彩色最高溫度值與最低溫度值的差值。熱像儀使用前應根據(jù)被測設備可能的發(fā)熱類型進行初步設定。一般應確保測溫跨度覆蓋被測設備最高溫度與本體平均溫度范圍，并以能清晰成像為原則。電平值或測溫平均值該值指紅外熱像儀溫度跨度的中間值對應的實際溫度值。該值一本設定為電氣設備整體或所關心區(qū)域的平均溫度值。恰當設置該值與測溫跨度該值可以有效發(fā)現(xiàn)溫升較低的各類非電流熱致熱型缺陷。紅外熱像儀參數(shù)設定環(huán)境參考體溫度用來采集環(huán)境溫度的物體。它不一定具有當時的真實環(huán)境溫度，但具有與被測設備相似的物理屬性，并與被檢測設備處于相似環(huán)境中。一般可選取停運的電氣設備同類材質部位，選取時還需特別注意其表面氧化、覆污等情況應盡可能與被測設備相類似，并最好與被設備處于同一方向或同一視場中。紅外熱像儀參數(shù)設定測試距離紅外精確測溫要求在保證安全的前提條件下盡可能接近被測目標。確定測試位置后應根據(jù)測試點與被測點距離設置該參數(shù)該參數(shù)的設置一般可以采用目測熱像儀鏡頭與被測目標之間距離的方式進行設置。紅外熱像儀參數(shù)設定環(huán)境溫度、濕度值測溫工作開始前應首先讀取溫濕度計上的溫度、濕度數(shù)據(jù)作為環(huán)境（大氣）溫度及濕度值參數(shù)的設定數(shù)