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1、基于紅外熱成像的高壓電氣設備故障分析系統(tǒng)摘要：文章針對現(xiàn)目前紅外熱成像診斷技術存在的問題，首先歸結了紅外熱成像技術的國內外研究現(xiàn)狀，通過對紅外熱成像原理和實際物體對外熱輻射的分析，提出了以溫差法為主的測量方法，并設計了以OpenCV為平臺的故障分析系統(tǒng)用以對高壓電氣設備進行紅外熱成像，再對其故障進行自動識別與故障分析；實現(xiàn)了對輸變電設備的在線狀態(tài)檢測，為電力運維人員提供了參考。關鍵詞：在線檢測；紅外熱成像；自動識別；故障分析中圖分類號：TN215文獻標識碼：A文章編號：1006-893723-0101-021概述輸變電設備不
2、但是電力系統(tǒng)中重要組成部分，而且其安全穩(wěn)定運行也是確保供電可靠性的一個重要因素［1］。長期戶外運行著的輸變電設備，不僅處于強電磁場和高溫多濕等環(huán)境中，還偶有不可預估的惡劣天氣出現(xiàn)，這都會導致輸變電設備本身的絕緣能力降低［2］，從而故障出現(xiàn)的頻率亦隨之急劇增加。電氣設備通常發(fā)生各種故障的表現(xiàn)形式為整體或者局部異常發(fā)熱，比如設備絕緣性能的劣化或者絕緣故障所導致的介質損耗的增大而引起了發(fā)熱、接頭的接觸不良引起局部過熱以及設備的漏電漏磁引起發(fā)熱現(xiàn)象等［3-4］。為了能降低設備故障的發(fā)生概率，提高設備運行穩(wěn)定性，一種有效、安全、可靠的
3、帶電監(jiān)測系統(tǒng)是目前電力系統(tǒng)運行著的輸變電設備所最為急迫地需要著的［5］?；诩t外熱成像原理的電氣設備監(jiān)控技術在電力行業(yè)中被越來越多的電力工作人員接受并應用了起來，其不僅可以對正運行中的電氣設備進行不停電的檢測，還可以對其缺陷和隱患及時發(fā)現(xiàn)。并且該紅外熱成像技術是對設備的內部輻射紅外光線所進行的非接觸、遠距離的熱成像檢測，不受電場干擾，目前大多數(shù)都是以人工的方式在對變電設備紅外圖像進行著分析以及熱故障的診斷，但此方法的效率較低，而且其自動化程度不高，需要花費較多的時間和精力，還容易出錯。2國內外紅外診斷技術紅外熱成像技術在電力
4、系統(tǒng)中的應用要追溯都上世紀50年代，當時瑞典電網使用紅外熱成像技術對輸電線路的設備接頭進行檢測，由于技術不成熟，設備落后，導致無法準確測到設備接頭的溫度；英國、比利時、巴西等國家也在電力系統(tǒng)中相繼應用了紅外診斷技術。我國將紅外診斷技術運用于檢測輸變電設備始于1970年，當時利用國內生產的紅外測溫儀對室外電氣設備接頭進行測量；近十年，研究人員對設備的近端電流回路和設備的絕緣性能進行模擬實驗，再通過以往處理各種發(fā)熱故障事故的經驗，建立了一套針對不同發(fā)熱故障對應的紅外熱圖像系統(tǒng)。但這一系統(tǒng)僅僅是從定性上進行了診斷，而不能對電氣設備
5、的運行狀況進行定量的分析。因此，本文提出了基于相對溫差法的紅外熱成像故障分析系統(tǒng)。3輸變電設備紅外檢測的基本原理紅外熱成像技術是綜合了紅外珍斷技術和導熱反問題，用以對輸變電高壓設備的內部絕緣能力采取的定量分析診斷。其主要內容是通過紅外熱像儀測量設備表面的溫度數(shù)據(jù)，然后求解出導熱反問題的一個必要性邊界條件，最后對逆問題進行計算就可檢測出設備內部是否有缺陷。3.1紅外輻射所謂紅外輻射是自然界中所有物體都存在的一種紅外電磁波輻射現(xiàn)象，伴隨著電磁波的輻射，有一定量的紅外熱能損耗，這部分輻射的紅外熱的大小能可以利用物體表面的溫度來度量
6、。相對溫差是指兩個測量點的溫度之差和兩個點中重較熱一個點的溫升之比的百分數(shù)：￡=■><100%=BXl00%其中，T1和51分別為溫度和發(fā)熱點的溫升；T2和52分別為溫度和正常時候相對應點溫升;TO表示環(huán)境參照體溫度；表示相對溫差引入相對溫差這個參量是可以在電流大小相同時，通過比較設備的相對溫差值變化，就可分析設備發(fā)熱狀況。3.2紅外輻射定律在研究紅外熱輻射與紅外線波長的關系中常利用四個熱定律：普朗克黑體輻射定律、維恩位移定律、斯蒂芬-玻爾茲曼定律和朗伯余弦定律。由于輸變電設備所處的變電站中，強電磁場和各種信號電磁波分布比較
7、復雜，因此將選定與電磁場福射無關的普朗克福射定律：黑體的絕對溫度T，其單位表面積向外輻射的功率M?ib與溫度T、波長X滿足下列關系：MXb=ClX-5[exp-l]-l式中，C1是第一輻射常數(shù)；C2是第二輻射常從上式可知，把不同的溫度值代入式中就可以得到各種溫度下物體對外輻射的紅外熱能。3.3實際物體的紅外熱輻射根據(jù)普朗克輻射定律可知物體對外輻射紅外熱的強弱，只與物體的溫度和波長有關系，針對實際物體，由于能量的損失，所有物體在對外輻射或者吸收能量的值都低于同等情況下黑體的輻射量，輻射值不僅由溫度和波長決定，而且與此物體的材料
8、及其形狀有關。為了更準確的描述實際物體的對外輻射強弱，定義了一個參量為輻射系數(shù)，也可稱為比輻射率，此系數(shù)僅與波長、溫度有關。4紅外熱成像故障診斷方法與系統(tǒng)4.1相對溫差法判斷方法在對輸變電設備進行紅外成像識別及故障診斷過程中，由于設備常常處在各種不同的復雜環(huán)境中，并且負荷電流對不同設備發(fā)熱
