红外检测2

2013年状态检测岗位认证培训项目一红外检测技术2013.8项目一红外检测技术培训教材任务一红外基本知识和电力红外检测任务二电网输变电设备红外检测诊断任务三红外热像仪器及操作实践任务四诊断技术与规范管理红外基本知识和电力红外检测一、红外检测技术发展概述二、红外热像检测基本知识三、电力设备红外检测基本机理红外线的发现红外技术发展过程图1－2国外红外探测器技术发展过程红外技术发展过程图1－3国内红外技术发展过程红外仪器被测物体的红外辐射能量与温度成一定的函数关系，辐射能量通过仪器的透镜，滤光片，会聚到探测器，探测器将辐射能转换成电信号，经过放大器，A/D转换器的处理，最后显示出温度值。（1）红外测温仪（点温计）（2）红外热电视（3）红外热像仪（焦平面）红外热像红外热像仪是当今红外检测与诊断技术所应用的最先进的仪器，分为光机扫描系统和焦平面两大类焦平面红外热像仪数字式的核心元件是有数万个各自独立的半导体光电耦合器件（硅铂、碲镉汞、锑化铟等）构成的焦平面阵列集成电路。图1－6：红外转换原理图图1－7红外与可见光图二、红外热像检测基本知识1．电磁波谱通常把波长大于红色光线波长0.75µm，小于1000µm的这一段电磁波称作“红外线”，也常称作“红外辐射”图1－8电磁辐射频谱图2．红外线特性红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射；自然界任何温度高于绝对零度（-273.16℃）的物体都会发出红外线，辐射出的红外线带有物体的温度特征信息。比如冰块：3．红外线传播红外线在大气中穿透比较好的波段，通常称为“大气窗口”。短波窗口在1--5μm之间，而长波窗口则是在8--14μm之间。红外辐射在大气中衰减与波长密切相关。图1－10红外的大气投射窗口4．热辐射辐射是从物质内部发射出来的能量。物质分子内原子的相对振动，分子转动，晶体中原子的振动都随之被激发到更高能级，当它向下跃迁时，就进行辐射，这种辐射称之为热辐射。图1－11热辐射的传导5．物体接收的入射辐射辐射—物体向外发出自身能量；吸收—物体获得并保存来自外界的辐射；反射—物体弹回来自外界的辐射；透射—来自外界的辐射经过物体穿透出去。Wа+Wρ+Wτ=Win=100%；а+ρ+τ=1图1－12入射辐射对物体的作用6．物体发出的红外辐射物体自身的红外辐射是各个方向的；物体的温度及表面辐射率决定着物体的辐射能力；Wε+Wρ+Wτ=Wex；ε+ρ+τ=1。图1－13红外辐射对物体的作用7．辐射率和吸收率一个物体吸收辐射的能力强，那么它辐射自身能量的能力就强，反之亦然。图中茶壶右上半玻璃的表面辐射率比左下半不锈钢的表面辐射率高图1－14两个不同辐射系数同一水温热水壶表面热像图8．黑体黑体100%吸收所有的入射辐射，也就是说它既不反射也不穿透任何辐射，即α=1。黑体100%辐射自身的能量ε=1。黑体是一个理想的辐射体，而真正的黑体并不存在。9．实际物体的红外辐射对大多数物体来说，对红外辐射不透明，即τ=0；实际物体的辐射由两部分组成：自身辐射和反射对于实际测量来说：ε+ρ=1；光滑表面的反射率较高，容易受环境影响（反光）。粗躁表面的辐射率较高；电力设备发射率一般取0.85-0.95之间。10．辐射系数的测量简单测试方法：（见下图）设置黑胶带的辐射率（0.95）；测量胶带温度（用点温或区域平均温）；记下所测温度；再将点或区域移动到样品上；改变辐射率，直到温度与刚才所记的温度相同；记下此时辐射率既是。11．红外辐射的规律(1)红外线在真空中的传播速度：C=λω≈3×108m/s，式中C：速度λ：波长ω：频率。(2)维恩位移定理:物体表面红外线辐射的峰值波长与物体表面分布的温度有关，峰值波长与温度成反比。λ=2898/T（μm）式中：λ为峰值波长，单位μm;T为物体的绝对温度，单位K(3)斯蒂芬—波尔兹曼定律:物体的红外辐射功率与物体表面绝对温度的四次方成正比，与物体表面的发射率成正比。物体红外辐射的总功率对温度的关系。W=ε×σ×T4(Watt/m2)式中：σ为斯蒂芬—波尔兹曼常数三、电力设备红外检测基本机理1．高压电气设备故障的模式、机理和发展(1)电力设备发热１)电阻损耗：P=KfI2R2)介质损耗：P=U2ωCtgδ3)铁磁损耗：P∝KB02(B0漏磁通)(2)设备故障类型1)电气设备的外部故障：主要表现为机械接触不良和外部污秽引起2)电气设备的内部故障主要是指封闭在固体绝缘、油绝缘以及设备壳体内部的电气回路故障和绝缘介质劣化引起a）内部电气连接不良或触头不良故障。b）介质损耗增大故障。c）绝缘老化，开裂或脱落故障。d）电压分布不均匀或泄漏电流过大性故障。e）涡流损耗（铁损）增大性故障。f）缺油故障。g）其他发热故障。特殊运行方式，过负荷或电压变化过大、单相运行等引起的故障，或者冷却系统设计不合理与堵塞、散热条件差等引起的故障。2．影响电力设备红外测量因素(1)大气影响：大气吸收的影响(2)颗粒影响：大气尘埃及悬浮粒子的影响(3)风力影响(4)辐射率影响(5)测量角影响(6)热辐射影响：邻近物体热辐射的影响(7)太阳影响：太阳光辐射的影响电网输变电设备红外检测诊断一、变压器；二、电流互感器；三、电压互感器；四、耦合电容器；五、断路器；六、GIS设备；七、隔离开关；八、避雷器；九、阻波器；十、绝缘子；十一、电力电缆；十二、并联电容器；十三、电抗器；十四、高压套管；十五、导引线；十六、防雷接地装置；十七、二次设备；十八、输电线路一、变压器变压器是电网中最为关键的设备之一，担负着电能输送和电压转换的作用。变压器组成部件包括本体、冷却装置、调压装置、保护装置（气体继电器、储油柜、测温装置等）和出线套管。目前，红外测温是变压器带电条件下的状态检测有效检测手段之一，通过红外热成像技术可以发现变压器本体、储油柜、套管、冷却器及其控制回路等大量不同类型的缺陷。变压器1．本体变压器本体由铁芯、线圈、油箱、绝缘油等组成，由于体积大、内部油循环，很难通过红外检测发现变压器内部故障或缺陷，但可以发现严重漏磁一类的发热缺陷。2．储油柜储油柜俗称油枕，为一圆筒型容器。当变压器油热胀时，油由油箱流向储油柜；当变压器油冷缩时，油由储油柜流向油箱。变压器储油柜按照结构可分为敞开式、隔膜式、胶囊式、金属纹波式，在油位指针指示不准的情况下，可以通过红外检测其真实油位。3．套管变压器套管是将变压器内部高、低压引线引到油箱外部的绝缘套管。套管按结构可分为电容式、充油、纯瓷套管和合成套管。电容式套管由导电杆、电容屏、绝缘油、外瓷套等组成。通过红外检测手段能发现套管缺油、主绝缘介损偏大等各类缺陷，4．冷却器冷却器又称散热器，用油循环方式散热。变压器常见冷却方式有自冷、风冷、强油风冷等，冷却器主要由散热片、联管、阀门、风扇、潜油泵等组成，能常发现油阀门没打开、冷却效率低下、风扇油泵缺陷。二、电流互感器电流互感器是将系统高电压、大电流的信息传递到低电位、小电流的二次侧，联络一次系统和二次系统的重要元件；电流互感器按照绝缘介质可分为充油电容型、SF6气体绝缘互感器，35kV及以下电压等级有固体绝缘互感器；电流互感器由一次导电回路、电容屏、绝缘油/气体、二次线圈、外瓷套等组成；通过红外检测手段不仅能有效发现一次连接点发热等电流致热缺陷，还能检测到介损超标等电压致热型缺陷。三、电压互感器电压互感器是将电网高电压的信息传递到低电压二次侧，是一次系统和二次系统的重要元件；电压互感器按照结构可以分为电磁式电压互感器和电容式电压互感器两大类；电容式电压互感器主要由分压电容单元和电磁单元、外加套管组成；通过红外检测能够有效发现各类电压致热型缺陷。四、耦合电容器耦合电容器主要用于工频高压输电线路中，使强电与弱电载两个系统通过电容器耦合隔离，与结合滤波器一起实现载波、通讯等目的。耦合电容器结构较为简单，内部由串并联的电容元件组成。运用红外热成像检测技术能有效发现其电压致热型缺陷。五、断路器断路器是电力系统中最重要的设备之一，它用于开断正常运行条件下的电流和系统故障条件下的短路电流，断路器性能状态的好坏直接影响电力系统运行的可靠性和安全性断路器按照灭弧介质可分为SF6断路器、油断路器、真空断路器等SF6断路器一般由本体、均压电容器、操作机构、控制回路等部件组成红外检测高压断路器发现的缺陷通常为导电接触点电流致热型缺陷断路器1．本体瓷柱式断路器本体由灭弧室、支柱瓷瓶及提升、传动机构组成，红外检测通常能检测到灭弧室导电部分发热缺陷2．均压电容器断路器均压电容器与耦合电容器结构类似，可主要检测到均压电容器介损超标热缺陷六、GIS设备GIS设备即气体绝缘封闭组合电器，是将变压器以外的高压电气设备元件，全部按照主接线顺序布置在金属罐体内，以SF6气体作为绝缘介质，具有结构紧凑、供电可靠性高、免维护的特点GIS设备1．罐体GIS设备罐体由金属导电回路、盆式绝缘子、SF6气体、金属外壳组成，通过红外检测的手段也能发现GIS设备导电回路发热这一类电流致热型缺陷2．套管GIS设备出线套管由导电部分、外瓷套组成，中间充满SF6气体作为绝缘介质。表面污秽发热、端部连接接触发热较常见七、隔离开关隔离开关是高压开关中使用最多的一种电气设备，它的作用是将需要检修的电气设备与带电的电网隔离或转换系统设备运行方式。隔离开关主要由导电回路、支柱绝缘和操作机构组成。该类设备导电接点常年暴露大气中，锈蚀情况严重，经红外检测发现电流致热缺陷较多。隔离开关1．导电回路导电回路通过支柱绝缘子固定在底座上，主要包括由操作瓷瓶带动的动触头和导电杆、固定在底座上的静触头（也有在母线上的）、用来连接母线或设备的接线端。刀闸导电回路接点较多，连接触点接触电阻不稳定，电流致热异常多发。2．支柱绝缘子隔离刀闸支柱绝缘子分为支柱瓷瓶和操作瓷瓶，起支撑和传动的作用，隔离刀闸支柱绝缘子常见红外检测发热缺陷有表面污秽发热和绝缘子裂纹。八、避雷器避雷器的作用是限制电力系统中操作过电压与雷击过电压，该类设备数量较多，现在电网中大部分使用的是金属氧化物避雷器。因工艺和质量控制原因，避雷器在运行中出现较多因内部受潮而导致的设备故障，通过红外检测能早期发现此类设备隐患。避雷器缺陷热像是典型的电压致热型。九、阻波器阻波器是载波通信及高频保护不可缺少的高频通信元件，它阻止高频电流向其它分支分流，起减少高频能量损耗的作用。阻波器通常由电感线圈、调谐元件及避雷器等组成，采用支柱绝缘子或悬式绝缘子支撑，通过红外检测能发现阻波器线圈和其他元件的发热缺陷。十、绝缘子绝缘子是用来支持导线的绝缘体。绝缘子种类很多，主要有：悬式绝缘子（输电线路和变电站构架上常用绝缘子），针式绝缘子（6-10kV配电线路常用绝缘子），棒形绝缘子等，材料有分瓷质、玻璃和合成材料的。通过红外检测能发现绝缘子各类电压致热型缺陷。十一、电力电缆电线电缆的主要功能就是传输电能。一般由导体（或称导电线芯）、绝缘层、屏蔽层、填充层、内护层、铠装层组成，按绝缘类型及结构可分为油浸纸绝缘电力电缆、塑料绝缘电力电缆和橡皮绝缘电力电缆等。电缆终端和电缆连接部位是电缆故障的多发点。通过红外检测不仅能发现各类接点发热等电流致热型缺陷，还可以检测电缆受潮等电压致热型缺陷。十二、并联电容器并联电容器主要用于补偿电力系统感性负荷的无功功率，以提高功率因数，改善电压质量，降低线路损耗。并联电容器主要由电容芯子、浸渍绝缘油、金属外壳和出线结构等几部分组成。通过红外检测能发现电容器本体绝缘缺陷和接点发热缺陷。十三、电抗器电抗器用于无功补偿、限流、稳流等作用的一种电感元件，在电力系统中不可缺少。并联电抗器主要用以补偿电容电流，限制工频和操作过电压；串联电抗器与电容器组串联连接在一起，用以限制开关操作时的涌流及消除高次谐波电流。按结构可分为油浸式电抗器和干式电抗器。红外检测较容易发现接点发热缺陷，油抗类似油浸变压器，对干式电抗器，还可以发现匝间短