红外测温成像技术检测电气设备内部缺陷浅析
作者： 李双全
摘 要：红外测温成像技术已成为电网设备在线监测的重要手段之一，利用该技术能快速的发现设备导电性能缺陷，对于设备绝缘等隐性缺陷的发现也有很好的辅助作用。本文通过对几个典型的红外测温成像技术实施案例的分析，总结该技术用于判断设备内部缺陷方面的应用方法。
关键词：红外测温；电网检测；电气设备；诊断
中图分类号：TM50 文献标识码：A
电气设备的工作与热有着密切的关系，不同类型的故障包括接触不良，绝缘劣化或磁路故障都会以发热升温的形式表现出来。利用这一原理针对不同类型设备的发热特点，采用红外测温成像技术能有效的发现缺陷，及时采取措施避免进一步恶化导致的电网安全事件或设备损坏事件的发生。常见的隔离开关触头、接线掌、线夹等接触不良或表面腐蚀氧化导致的发热温升现象通常较为明显，红外测温成像结果分析和故障点的判断也比较容易。
一、几起红外测温成像判定设备内部缺陷处理案例介绍
2013年，某变电站在进行月度红外测温成像定期巡查工作中发现，#1主变C相套管将军帽及接线掌发热温度达89℃，其余两相温度38.7℃， 环境温度32℃， 三相负荷平衡。按照绝对温度分析法判定该缺陷为一般缺陷，采用相对温升法，相对温升88.7%判定为重大缺陷。将该主变停电后，按经验对套管接线掌表面进行去氧化处理后送电，运维人员进行红外测温成像跟踪检测发现发热状况没有明显变化。重新分析红外测温成像确定了温度最高点并不在接线掌，套高将军帽温度较高，判断故障点为将军帽内绕组引线端头紧固部位。再次停电后检查验证了这一判断，引线端头紧固螺丝滑牙松动，已有轻微放电痕迹。更换紧固后送电，红外测温成像结果正常。
2012年，某变电站进行月度避雷器检查发现，B相避雷器泄露电流表显示电流值0.75mA，A、C两项为0.5mA。对比历史数据发现B相近2个月抄录数据均较另外两项要大。查阅该组避雷器历史数据中最大记录达0.68mA（该站处于沿海地区，每年3-4月份毛毛雨季节表面泄露电流偏大），但三相值平衡。按照规程规定变化超50%需要加强关注，运维人员一方面采用红外测温成像进行测温（白天测温，三相红外成像无明显区别），另一方面联系试验人员带电测试，测试数据也在正常范围类。为保证红外成像的数据准确，当晚运行人员与试验人员对该组避雷器再次进行红外测温成像，发现A相避雷器上半截较上半截温度高1.6℃，较A、C相同一部位高1.4℃左右。判断B相确有异常的情况下停电对改组避雷器进行了试验，B相试验数据不合格。
2014年，某变电站新增一组电容器组，安装验收，试验合格后投入运行。当晚运维人员对新投运设备开展特巡，利用红外测温成像发现电容器（空心干式）电抗器部分温度达到120℃，立即申请将电容器组转为热备用，第二日转为检修组织人员检查发现电抗器容量档位接线错误，电容器与电抗器参数不匹配。调整接线后投入运行，特巡测温结果正常。
二、浅析红外测温成像判断设备内部缺陷的应用
上述案例，可看出利用红外测温成像技术在发现设备内部缺陷中只起到辅助作用，其结果并不一定能直接判断缺陷性质和故障部位。同时可看出红外测温成像技术在线检测手段应用范围是否广泛，较试验手段和其他在线监测技术有很大优势。那么在应用该技术进行设备的内容缺陷检测中有哪些技术要求和应用技巧呢？
（一）红外测温成像原理及影响因素
红外测温成像技术应用的设备热辐射特性原理，影响因素主要有：①发射率的影响。短波长测温仪器比长波长测温仪器误差要小得多，一般红外测温成像仪器工作波段在8-14μm，测试角在30°内最佳，最大不超过45°。②距离系数或测距的影响。③太阳光的影响，一是太阳光直接照射下使待测目标的温度上升，另一方面是太阳光的反射和漫反射的叠加。④粉尘散射等。⑤风力的影响。⑥空气湿度影响等。
（二）红外测温成像技术判别设备内部缺陷方法
1 根据测温对象选取和设置仪器参数及温度显示区间，以便减少测量误差和形成较为清晰的成像。
2 对异常发热设备成像，可通过屏幕显示发热点最高温度。为便于分析对运行在同一条件下的正常相成像留底。
3导出红外测温成像，利用软件可实现下述分析
（1）移动光标抓点工具，可以显示每一个点的温度，可以对同一设备或不同设备同一部位进行多点对比。
（2）根据温度变化找出温度最高点，即确定热传导及辐射源（较先进的仪器可自动捕捉温度最高点）。
（3）确定了热传导及辐射源部位后，选择采用绝对温升和相对温升法判断缺陷性质。
（绝对温升法：根据红外测温成像数据结果，对照各类材料缺陷温度划分确定缺陷性质；
相对温升法：通过选取参照物，计算得出相对温升百分数，确定缺陷性质，计算公式为：δ=（τ1-τ2）/τ1×100%=（T1-T2）/（T1-T0）×100%；τ1，T1：发热点的温升和温度；τ2，T2：正常设备对应点的温升和温度；T0：环境温度。）
4根据成像特点和设备机构，进一步判断故障点是否内部还是外部缺陷。总结有以下规律
（1）发热部位为金属材质，无螺丝连接，且表面温度分布规律，通常判断为内部缺陷，主要设备类型有套管将军帽、GIS设备设备外壳，隔离开关软连接。
（2）发热部位为绝缘材质，表面温度分布均匀，通常判别为内部缺陷。表面温度分布不均匀，局部明显较高，通常为表面脏污、闪络或电晕放电引起。主要设备类型有避雷器、断路器灭弧室、PT、CT。
（3）主变压器局部过热。按正常主变压器温度分布为上部1/3的部位温度较高，局部过热多应内容有放电、漏磁引起。
5依据判断结果对应开展相关试验进一步核实缺陷，并采取停电隔离和修理措施。
结语
因为电力设备具有多样性，所以在将红外线成像仪应用于测温工作时，既要重点去检查和测温那些已经达成共识的外部连接点。还需要测试人员不但提升自己的素质、多积累一些经验，以便能让红外热成像技术为电网的安全生产提供更好地服务。
参考文献
[1] 陈衡，候善敬.电力设备故障红外诊断[M].北京：中国电力出版社，1998（10）.
[2] 朱德恒，严璋，谈克雄.电气设备状态监测与故障诊断技术[M].中国电力出版社2009（3）.
一般情况下，市场上都可以买到这种芯片，但在有的时候，如果碰到了不常用的网卡，或者一时购买不到现成的芯片，就需要自己想办法解决。方法是购买一台编程器和一个 EPROM 擦除器自己来写网卡的芯片。一台低档的编程器也就四、五百元左右，一个 EPROM 擦除器几十元，一块 27256 的芯片 2 元左右，并且，用编程器还可以写主板的 FLASH 芯片（即保存 CMOS 信息的芯片），如果经常做无盘工作站或者喜欢升级 BIOS 或维修主板，编程器会带来很大的帮助。下面，我们就以 MEP — 300 编程器为例向大家介绍编程器的使用方法。C.1 网卡用 EPROM 启动芯片介绍网卡所用的启动芯片大多为 27 系列的 EPROM ，我们知道， EPROM 即“紫外线可擦除可编程只读存储器”，在使用之前需要用紫外线将 EPROM 中的内容“清空”变为空白才可以使用。在它的正中有一个玻璃窗口，我们用一定强度的紫外线照射这个窗口一段时间即可以清空 EPROM 中的所有内容。一旦 EPROM 中写入内容后，一定要用不透光的纸将这个窗口挡住才可以使 EPROM 中的信息长久保存。所以我们平常看到的 EPROM 上面都贴有一张标签纸，标签纸上写有内容的情况。EPROM 有两个主要能数：一是容量，二是写入电压。这两上参数一般在 EPROM 上面直接标示出来。如“ 27512 12.5V ”，即表示这个 EPORM 的容量是 64KB ，写入电压为 12.5V 。我们在向 EPROM 中写入数据时，一定要注意这两上参数，容量选择不对时，容量使写入数据丢失或者写不上内容；写入电压选择过低时，则不能向 EPROM 中写入数据；写入电压选择过高时，则有可能损坏 EPROM 。所以在向 EPROM 中写入数据时，一定要正确选择这两上参数。常用的 EPROM 的容量有 2764 （ 8KB ）、 27128 （ 16KB ）、 27253 （ 32KB ）、 27512 （ 64KB ），它们的写入电压一般有两种，一种是 12.5V ，另一种是 21V ，一般在 EPROM 上面直接标记。如果在 EPROM 上面没有标记写入电压值，我们在进行选择时可以先选择 12.5V 写入，如果不能写入，再选择 21V 进行写入。介绍了 EPROM 的参数后，下面我们开始介绍写入 EPROM 的第一步，将 EPROM 内容清空。C.2 用 EPROM 擦除器清空 EPROM 的内容EPROM 擦除器是一个安装有紫外线灯管的仪器。使用EPROM 擦除器擦除 EPROM 内容的方法如下：第1 步，使用之前，先将 EPROM 外面的标签纸撕下，使 EPROM 的玻璃窗口完全露出，将 EPROM 正面向下，放入 EPROM 擦除器的小盒中。第2 步，关好小盒的门，将定时器设定在 5 分钟位置处，为 EPROM 擦除器接好电源，打开 EPROM 擦除器的电源开关。从 EPROM 擦除器的小门探视孔中可以看见紫光，如果没有看到紫颜色的光线，请检查 EPROM 擦除器是否工作，紫外灯管是否损坏或者是其他的情况。第3 步，当到达定时器设定的时间后，擦除器将自动切断电源，这时，就可以把 EPROM 从 EPROM 擦除器的小盒中取出了。C.3 利用 EMP — 300 编程器将芯片内容写入 EPROM这台编程器配有一个外接的电源变压器和一条 9 针的串口连接线。变压器用来为编程器提供电源， 9 针串口线用来与计算机连接。这台编程器还提供了一张程序软盘，提供一个基于 MS-DOS 下的图形界面的程序，通过上位机（ PC 机）来使用编程器。使用编程器为 ERPOM 写入内容的方法如下：第1 步，关闭计算机，将 9 针的串口连接线一头与编程器连接，另一头插在计算机的 9 针 COM 口上（如 COM1 口上），将电源变压器的输入接头插在提供 220V 市电的电源插座 上，输出接头插在编程器上。检查无误后，打开计算机电源，进入 Windows 98 的 MS-DOS 方式，或者直接使用 MS-DOS 6.22 系统。注意如果使用的是 Windows 98 ，一定要在进入 Windows 98 之前按 F8 键，选择进入命令提示符下；千万 不要在进入 Windows 98 之后，再关闭 Windows 进入 MS-DOS 方式。第2 步，运行编程器附带软盘中的 MEP.EXE 程序（最好将编程器提供的程序拷贝到硬盘的一个目录下执行，并妥善保存该软盘）。第3 步，对编程器的连接端口进行设置。在界面中按“ ATL+O ”组合键打开 Options ，菜单，选择“ Configuration ”菜单。根据实际情况选择编程器所连接的 COM 口（是 COM1 口还是 COM2 口），其他的选项保持默认设置，然后移动光标到“ OK ”按钮上按回车键即可。第4 步，根据芯片的型号选择芯片，按“ ATL+D ”组合键打开“ Device ”菜单，选择“ Select ”菜单项。按“ ATL+T ”键，用“↑↓”箭头移动光标到“ EPROM ”处，然后按“ ATL+N ”键，光标移动到右侧的详细设备名称处，移动“↑↓”箭头，选择芯片容量和电压。如写入电压为 12.5V 、容量为 64KB 的芯片，即选择 27512 （ 12.5V ）即可，如果是其他的芯片，如 16KB 芯片，写入电压为 12.5V 的芯片则可以选择 27128 （ 12.5V ）。如果您只知道芯片的容量，不知道芯片的写入电压，可以先选择低电压，当低电压不能写入时，再选择高电压写入。确认选择正确后，将光标移动到“ OK ”键上按回键。第5 步，按“ ATL+F ”组合键打开“ File ”菜单，从中选择“ Load ”菜单项，或者直接按 F3 键。第6 步，在界面中选择芯片映象文件内容，如 RTL8139Y.BIN ，然后移动光标到“ Load ”处按回车键。第7 步，按照默认选择，直接按回车键即可，程序将把芯片的映像文件读入。第8 步，将芯片插入 EPROM 编程器的插座中，锁紧插座（可以看 EPROM 上面的图示）。第9 步，按“ ATL+D ”组合键打开“ Device ”菜单，从中选择“ Program ”菜单，或者直接按 F5 键。第10 步，芯片写入完成后，这时，将 EPROM 从编程器的插座中取下，换上另外一块空白芯片后，按回车键继续写入。如果要写入其他内容，可以重新读入映像文件内容，更换芯片写入。
