影响红外成像仪检测准确性的因素分析与对策

发表时间:2019/3/28   来源:《电力设备》2018年第29期   作者:袁淇昌 王植
[导读] 摘要:红外热成像技术在电力系统中日益发挥着越来越重要的作用,利用红外成像技术生产的红外热成像仪,其不接触、不停运、可大面积快速扫描,测试简单、智能化高,精确度准,数据便于分析等优点,已逐渐得到电力系统等专业人员的充分肯定。

        (东莞供电局  广东东莞  523000)
        摘要:红外热成像技术在电力系统中日益发挥着越来越重要的作用,利用红外成像技术生产的红外热成像仪,其不接触、不停运、可大面积快速扫描,测试简单、智能化高,精确度准,数据便于分析等优点,已逐渐得到电力系统等专业人员的充分肯定。然而在实际测量中,红外热成像受各种因素的影响而降低检测准确性。本文将以实际案例分析影响红外成像仪检测准确性的具体因素并提出相应的解决对策以提高红外成像仪在电力系统中检测准确性。
        关键词:红外成像仪;准确性;影响因素;对策
        1引言
        红外热成像具有远距离、不接触、不触体,不受电磁干扰、准确、快速、直观等特点。可见,在电气设备即时表面温度测量上,红外成像是一种快速有效的方法。但要精确测量,防止误判、错判缺陷,必须清楚影响红外成像检测准确性的各种因素。在实际测量中,红外成像效果受到仪器本身、环境、距离等多方面的影响。因此,在电气设备红外诊断中,了解影响测量准确性的因素并采取相应的对策以确保红外成像仪精确测量。
        2发射率的影响与对策
        2.1影响
        发射率是一个描述被测物体相对于黑体辐射能力大小的物理量,一切物体的发射率都在大于0和小于1的范围内,其值的大小与物体的材料、形状、表面粗糙度、凹凸度、氧化程度、颜色、厚度等有关[1]。红外成像仪是通过设备表面红外辐射功率来获得设备温度信息的。在红外成像仪接受目标红外辐射功率相同的情况下,因设备表面发射率不同,将得到不同将的大量不同的温度测量结果。当仪器接受相同的辐射功率时,发射率越低的物体,显示温度越高。
        下图1为发射率设置为0.5时所拍摄的110kV主变成像图,图2为发射率设置为0.9时拍摄的红外成像图。由于两幅图像拍摄的时间相差无几,可以排除其他各种因素的影响。可只考虑发射率设置不同时对红外成像的影响,通过对比分析可见,被测套管在发射率设置为0.5时的温度明显高于发射率设置为0.9时的温度大约10K。可见,发射率的设置对红外成像仪的准确性影响之大。


        2.2对策
        为克服发射率对测量的准确性影响,可采取以下措施:
        1)在检测前首先查明被测设备表面的发射率值,或事先由实验测量与被测设备,对于电力设备,其发射率一般在0.85-0.95之间。若红外热像仪没有“发射率修正”功能时,则在对热像图进行软件分析时进行发射率修正以便获得被测设备表面的真实温度。
        2)在不能确定被测物体的发射率时,可以采取同类比较判断法,对同组三相设备、同相设备之间及同类设备之间对应部位的温差进行比较分析。
        3成像距离的影响与对策
        3.1影响
        被测物体与光学目标的关系决定了红外成像的精度,距离系数是红外成像的一个重要参数,就是指仪器与被测物体距离与光学目标直径之比。被测物体的距离只有在满足红外成像距离系数的情况下才能对物体进行准确测量。目标距离太远,仪器吸收的辐射能太小,对于温升较小的设备检测十分不利。当仪器的距离系数不能满足远距离目标物体检测要求时,在这种被测物体小于光学目标的温度下测温,一般会造成较大的误差。图3和图4分别在不同的距离系数下拍摄的两张中性点套管的分析图。


        上述两图拍摄的时间相差不大,可以排除环境、气象等条件的影响,同时两者设置的发射率都为0.9,因此可以单独考虑距离系数对被测物体红外测量准确度的影响。从上述两张分析图可见,距离系数较小的成像图的测量温度较距离系数大的成像图温度普遍高2K且成像效果明显较好。可见,被测物体距离更远的时候,测量准确度降低了。
        3.2对策
        1)当被测设备距离较远时,应尽量缩短红外成像仪与被测设备之间的距离,以降低距离系数,提高测量的准确性。
        2)如果测温仪由于环境条件限制必须安装在远离目标之处,而又要测量小的目标,就应选择高光学分辨率的测温仪。
        4太阳和背景辐射的影响与对策
        4.1影响
        当被测的电气设备处于太阳光照射下,由于太阳光的反射和漫反射在3~14μm波长区域内,该波长区域与红外诊断仪设定的波长区域相近,而且在此波段内阳光的分布比例也不是固定不变的,因而将会极大地影响红外测温结果,从而影响仪器的正常工作和分析判断[2]。与此同时,由于太阳光的直接照射会造成被测设备有附加温升,从而加大地影响了红外成像仪的准确性。
        当邻近物体温度比被测物体的表面温度高很多或低很多,或被测物体本身的辐射率很低时,邻近物体的热辐射的反射将对被测物体的测量造成影响。被测物体温度较低,发射率小,受背景辐射的影响就越大。
        4.2对策
        1)带电设备红外检测应该选择在没有阳光的阴天、夜间或晴天日落2h后进行,以减少太阳光辐射的影响,如有必要,可在红外成像系统内设置太阳滤片。
        2)被检测设备周围应具有均衡的背景辐射,应尽量避开附近热辐射源的干扰,某些设备被检测时还应避开人体热源等红外辐射,同时选择正确的测试角度和位置。
        5气象条件的影响与对策
        5.1影响
        不良的气象条件会给故障检测带来不利的影响。例如,在雨雪天气时,变压器表面受水分蒸发而使散热加快,从而降低故障部位与正常部位的特征性温差。风力也是影响设备表面对流散热的重要因素,风力较大时时,显然热故障设备的散热条件改善,降低相对温差,导致故障设备不能及时发现。
        在红外线辐射传输过程中,会受到大气吸收而引起一定的能量衰减。在接近地面的大气中,吸收红外线的主要是水蒸汽及二氧化碳,并且大气吸收程度随空气湿度而变化,空气湿度越高,影响越大。
        5.2对策
        1)选择雾、无雨雪天气进行检测;
        2)选择无风(风速一般不大于0.5m/s)的天气做定量检测,最大风力不超过三级,可根据下表1[3]进行风速判别。
        3)尽量在大气较为干燥的季节进行检测,并要求相对湿度不超过85%。


        6结束语
        在供电可靠性要求越来越高的情况下,红外成像技术在电力系统中发挥着越来越重要的作用,本文通过具体案例探讨了发射率、成像距离、太阳和背景辐射、气象条件四个重要因素对电气设备红外诊断的影响以及应对策略,进而降低了红外诊断外界的影响,最大限度的提高了电气设备缺陷红外诊断的准确率。
        参考文献:
        [1]陈衡,红外扫描测量与热诊断学[J]. 激光与红外,1996,26(2):67-71
        [2]孙红军,供用电技术[J],2005(6):18-21.
        [3]DL/T 664-2008,带电设备红外诊断应用规范[S]。中华人民共和国国家发展和改革委员会。2008
        作者简介:
        1)袁淇昌,1989,男,广东东莞,本科,助理工程师,长期从事高电压试验工作及试验技术研究;
        2)王  植,1987,男,广东东莞,本科,工程师,长期从事高电压试验工作及试验技术研究

投稿 打印文章 转寄朋友 留言编辑 收藏文章
  期刊推荐
1/1
转寄给朋友
朋友的昵称:
朋友的邮件地址:
您的昵称:
您的邮件地址:
邮件主题:
推荐理由:

写信给编辑
标题:
内容:
您的昵称:
您的邮件地址: