基于红外热成像的高压电气设备故障分析系统

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1、基于红外热成像的高压电气设备故障分析系统摘要：文章针对现目前红外热成像诊断技术存在的问题，首先归结了红外热成像技术的国内外研究现状，通过对红外热成像原理和实际物体对外热辐射的分析，提出了以温差法为主的测量方法，并设计了以OpenCV为平台的故障分析系统用以对高压电气设备进行红外热成像，再对其故障进行自动识别与故障分析；实现了对输变电设备的在线状态检测，为电力运维人员提供了参考。关键词：在线检测；红外热成像；自动识别；故障分析中图分类号：TN215文献标识码：A文章编号：1006-893723-0101-021概述输变电设备不

2、但是电力系统中重要组成部分，而且其安全稳定运行也是确保供电可靠性的一个重要因素［1］。长期户外运行着的输变电设备，不仅处于强电磁场和高温多湿等环境中，还偶有不可预估的恶劣天气出现，这都会导致输变电设备本身的绝缘能力降低［2］，从而故障出现的频率亦随之急剧增加。电气设备通常发生各种故障的表现形式为整体或者局部异常发热，比如设备绝缘性能的劣化或者绝缘故障所导致的介质损耗的增大而引起了发热、接头的接触不良引起局部过热以及设备的漏电漏磁引起发热现象等［3-4］。为了能降低设备故障的发生概率，提高设备运行稳定性，一种有效、安全、可靠的

3、带电监测系统是目前电力系统运行着的输变电设备所最为急迫地需要着的［5］。基于红外热成像原理的电气设备监控技术在电力行业中被越来越多的电力工作人员接受并应用了起来，其不仅可以对正运行中的电气设备进行不停电的检测，还可以对其缺陷和隐患及时发现。并且该红外热成像技术是对设备的内部辐射红外光线所进行的非接触、远距离的热成像检测，不受电场干扰，目前大多数都是以人工的方式在对变电设备红外图像进行着分析以及热故障的诊断，但此方法的效率较低，而且其自动化程度不高，需要花费较多的时间和精力，还容易出错。2国内外红外诊断技术红外热成像技术在电力

4、系统中的应用要追溯都上世纪50年代，当时瑞典电网使用红外热成像技术对输电线路的设备接头进行检测，由于技术不成熟，设备落后，导致无法准确测到设备接头的温度；英国、比利时、巴西等国家也在电力系统中相继应用了红外诊断技术。我国将红外诊断技术运用于检测输变电设备始于1970年，当时利用国内生产的红外测温仪对室外电气设备接头进行测量；近十年，研究人员对设备的近端电流回路和设备的绝缘性能进行模拟实验，再通过以往处理各种发热故障事故的经验，建立了一套针对不同发热故障对应的红外热图像系统。但这一系统仅仅是从定性上进行了诊断，而不能对电气设备

5、的运行状况进行定量的分析。因此，本文提出了基于相对温差法的红外热成像故障分析系统。3输变电设备红外检测的基本原理红外热成像技术是综合了红外珍断技术和导热反问题，用以对输变电高压设备的内部绝缘能力采取的定量分析诊断。其主要内容是通过红外热像仪测量设备表面的温度数据，然后求解出导热反问题的一个必要性边界条件，最后对逆问题进行计算就可检测出设备内部是否有缺陷。3.1红外辐射所谓红外辐射是自然界中所有物体都存在的一种红外电磁波辐射现象，伴随着电磁波的辐射，有一定量的红外热能损耗，这部分辐射的红外热的大小能可以利用物体表面的温度来度量

6、。相对温差是指两个测量点的温度之差和两个点中重较热一个点的温升之比的百分数：£=■><100%=BXl00%其中，T1和51分别为温度和发热点的温升；T2和52分别为温度和正常时候相对应点温升;TO表示环境参照体温度；表示相对温差引入相对温差这个参量是可以在电流大小相同时，通过比较设备的相对温差值变化，就可分析设备发热状况。3.2红外辐射定律在研究红外热辐射与红外线波长的关系中常利用四个热定律：普朗克黑体辐射定律、维恩位移定律、斯蒂芬-玻尔兹曼定律和朗伯余弦定律。由于输变电设备所处的变电站中，强电磁场和各种信号电磁波分布比较

7、复杂，因此将选定与电磁场福射无关的普朗克福射定律：黑体的绝对温度T，其单位表面积向外辐射的功率M?ib与温度T、波长X满足下列关系：MXb=ClX-5[exp-l]-l式中，C1是第一辐射常数；C2是第二辐射常从上式可知，把不同的温度值代入式中就可以得到各种温度下物体对外辐射的红外热能。3.3实际物体的红外热辐射根据普朗克辐射定律可知物体对外辐射红外热的强弱，只与物体的温度和波长有关系，针对实际物体，由于能量的损失，所有物体在对外辐射或者吸收能量的值都低于同等情况下黑体的辐射量，辐射值不仅由温度和波长决定，而且与此物体的材料

8、及其形状有关。为了更准确的描述实际物体的对外辐射强弱，定义了一个参量为辐射系数，也可称为比辐射率，此系数仅与波长、温度有关。4红外热成像故障诊断方法与系统4.1相对温差法判断方法在对输变电设备进行红外成像识别及故障诊断过程中，由于设备常常处在各种不同的复杂环境中，并且负荷电流对不同设备发热