张祎
大庆油田第二采油厂电力维修大队线路一队
摘 要：基于油田电网当中过热引起的故障有很多起，所以我单位引进红外测温装置，它能有效地测试出故障点所在，这样对电网工作人员的检修和处理故障有了很大的作用，本文特针对红外测温装置及红外图像进行详细的讲述，使电网人员更能明白红外测温装置的技术应用，为油田电网提供一个可靠的依据，使以后油田电网当中遇到的故障得以很好的处理，将故障点及时处理。
关键词：油田电网；红外测温；红外图像；故障设备
一、引言
油田电网作为整个油气生产的源泉动力，是保证油气生产的重要环节，但是电网当中的故障会引起油气生产的降低及损耗，所以电网工作人员需要对故障及时处理，针对这些故障，我们引入了红外测温装置，通过深入的了解红外测温装置，深知此装置用途很广泛，不但可以观测出过热点还可以通过红外图像具体了解故障点内部结构，所以红外测温装置对整个油田电网起到了相当关键的作用，保证了油汽生产正常运行的状态。
二、红外测温设备的原理及特点
红外热成像技术是一项前途广阔的高新技术。比0.78微米长的电磁波位于可见光光谱红色以外，称为红外线或称红外辐射，是指波长为0.78~1000微米的电磁波，其中波长为0.78~2.0微米的部分称为近红外，波长为2.0~1000微米的部分称为热红外线。自然界中，一切物体都可以辐射红外线，因此利用探测仪测量目标本身与背景间的红外线差可以得到不同的热红外线形成的红外图像。
目标的热图像和目标的可见光图像不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是表面温度分布图像。红外热成像使人眼不能直接看到表面温度分布，变成可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。所有温度在绝对零度（-273℃）以上的物体，都会不停地发出热红外线。红外线（或热辐射）是自然界中存在最为广泛的辐射，它还具有两个重要的特性：
1.物体的热辐射能量的大小，直接和物体表面的温度相关。热辐射的这个特点使人们可以利用它来对物体进行无需接触的温度测量和热状态分析，从而为工业生产，节约能源，保护环境等方面提供了一个重要的检测手段和诊断工具。
2.大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3~5微米和8~14微米的热红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口”。下面介绍一下红外热像仪的特点：
1．能够做到在应用中不会停电，不会改变系统运行的整个状态，在不改变任何状态的情况下就可以监测到设备运行状态的最真实的信息，并能够保障在实际操作中的安全工作。
2．能够及时的检查设备是否存在故障，同时还可以通过设备的最高温度反映出故障点的损坏程度。
三、红外测温装置在油田电网常见故障中的应用
1．刀闸出现的故障
由于隔离开关的接线头和导体的接触头长时间的暴露在大气当中，这样就非常容易遇到水蒸气，会受到化学活性气体和腐蚀性的灰尘的不断侵蚀，在接连的面上会产生氧化膜，导致电体的表面的电阻的阻力不断增加，这样就会造成接线的过程中，出现接触不良的现象，导致发热现象。同时，接触的导线会随着风力大小的变化而改变接触横截面积的变化，致使连件的周期发生热胀冷缩的现象，造成连接的螺丝松动，这样就大大减少了连接件的接触面积，使接触的收缩电阻增加，然后产生了热量，加上天气的变化，长此以往很容易引起刀闸故障。因此需要用到红外测温装置对刀闸故障点的监测。
2．电容器组的故障
电容器组在操作的过程中，是最频繁使用的设备之一，特别是在夏季，由于电容器组的负荷电流比较大，电容器组发热故障的发生率要比平时大很多。因此，为了避免因为电容器组熔断而导致电容器的开关发生跳闸现象，那么就要通过及时采用红外测温技术增加红外测温的次数，应该及时的发现问题，能够更好的消除不安全因素，同时，这是一项非常复杂的工作，要求操作人员要认真利用红外测温技术对电容器组进行测温。
四、故障点过热原因分析
电气设备在工作的时候，由于电流、电压的作用，产生电阻损耗发热、介质损耗发热、铁损发热等3种热源。接头过热是由于长期暴露在大气中的各种电气裸接头因接触不良而引起的过热故障。
1．接头连接安装工艺不当。连接安装过程中，错误使用砂纸打磨接头接触表面时，将会有一定数量的玻璃屑及砂粒嵌入金属接头接触表面内，导致有效接触面积减少接触电阻增大而发热。
2．紧固螺栓压力不当。部分检修人员在设备接头的连接上存有误解，认为连接螺栓拧得愈紧愈好，其实不然。我们在工作实践中得知，因铝质材料弹性系数小，当螺母的压力达到某个临界压力值时，再继续增加不当的压力，将会造成接触面部分变形隆起，反而使接触面积减少，接触电阻增大。
五、电网工作人员重点检查的设备
根据电力电网常见的故障及故障点过热的原因及分析，我们规划了检修工作人员需要重点检测的设备，因为这些设备很有可能经常发生故障，如图1所示。
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图1重点检测设备
六、红外热像仪的原理及正确使用方法和技巧
1．调整聚焦
2．选择正确的测温范围
3．了解最大测量距离
4．设备红外热图像清晰，同时要求设备测温精确
5．工作背景单一
6．保证测量过程中仪器平稳
1 调整焦距
您可以在红外图像存储后对图像曲线进行调整，但是您无法在图像存储后改变焦距，也无法消除其他杂乱的热反射。保证第一时间操作正确性将避免现场的操作失误。仔细调整焦距！如果目标上方或周围背景的过热或过冷的反射影响到目标测量的精确性时，试着调整焦距或者测量方位，以减少或者消除反射影响。（FoRD的意思是：Focus焦距，Range范围, Distance距离）
2 选择正确的测温范围
您是否了解现场被测目标的测温范围？为了得到正确的温度读数，请务必设置正确的测温范围。当观察目标时，对仪器的温度跨度进行微调将得到最佳的图像质量。这也将同时会影响到温度曲线的质量和测温精度。 3）了解最大的测量距离
3 当您测量目标温度时，请务必了解能够得到精确测温读数的最大测量距离。对于非制冷微热量型焦平面探测器，要想准确地分辨目标，通过热像仪光学系统的目标图像必须占到9个像素，或者更多。 如果仪器距离目标过远，目标将会很小，测温结果将无法正确反映目标物体的真实温度，因为红外热像仪此时测量的温度平均了目标物体以及周围环境的温度。为了得到最精确的测量读数，请将目标物体尽量充满仪器的视场。显示足够的景物，才能够分辨出目标。与目标的距离不要小于热像仪光学系统的最小焦距，否则不能聚焦成清晰的图像。
4 仅仅要求生成清晰红外热图像，还是同时要求精确测温
这之间有什么区别吗？一条量化的温度曲线可用来测量现场的温度情况，也可以用来编辑显著的温升情况。清晰的红外图像同样十分重要。但是如果在工作过程中，需要进行温度测量，并要求对目标温度进行比较和趋势分析，便需要记录所有影响精确测温的目标和环境温度情况，例如发射率，环境温度，风速及风向，湿度，热反射源等等。
5 工作背景单一
例如，天气寒冷的时候，在户外进行检测工作时，你将会发现大多数目标都是接近于环境温度的。当在户外工作时，请务必考虑太阳反射和吸收对图像和测温的影响。因此，有些老型号的红外热像仪只能在晚上进行测量工作，以避免太阳反射带来的影响。
6 保证测量过程中仪器平稳
现在所有的长波NEC红外热像仪都可以达到60Hz帧频速率，因此在拍摄图像过程中，由于仪器移动可能会引起图像模糊。为了达到最好的效果，在冻结和记录图像的时候，应尽可能保证仪器平稳。当按下存储按钮时，应尽量保证轻缓和平滑。即使轻微的仪器晃动，也可能会导致图像不清晰。推荐在您胳膊下用支撑物来稳固，或将仪器放置在物体表面，或使用三脚架,尽量保持稳定。
七、红外检测“一目了然”化
为了能准确、有效及时的发现故障和排除故障，明确了电气设备过热的因果关系及重点监测部位后，下一步就是制定一套科学合理的红外监测作业程序
1．双设备共同工作
由于红外测温装置在工作时只是显示红外热图像，这样只能简单的观测出故障点的过热温度，完全看不清原有图像，这对以后采取维修故障点和检修的时候会有很大的困难。所以本文指出电力人员在工作时，不仅要使用红外测温装置测出故障点的温度，还要使用照相机或手机等照相设备对故障点进行照相，以及对设备的双重编号及名称都要进行照相，这样以后将图片放到电脑里可以一目了然的了解故障点的所有故障现象。如图2显示可见的故障点比较模糊不清楚过热点的具体位置，但通过它本身的照相机图片可以很清晰的确定C相故障问题最为严重。
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图2 红外图像及照相机照片
像上述的这个方法就是很明确地指出工作时应该怎么进行分工，为了能提高油田电网的高稳产，工作的高效率，所以在使用红外检测技术的时候标准配备应该是三人，一人负责使用红外监测测温装置，一人负责使用照相机，再有一人就是负责记录故障点及监督安全。
八、红外图像及数据分析
根据近几年线路发生故障的次数，我们针对线路避雷器进行了一系列的监测和研究，发现有很多线路上避雷器存在裂痕和烧焦的现象，如图3所示氧化锌避雷器虽然说没有发现有过热的故障点，但不能就明确的指出此线路上的避雷器没有故障的存在，因为外接的温度和天气的影响会影响到红外测温装置的测量，所以维护人员用肉眼是很难判断有没有故障的，所以就要通过具体的测量数据来判断，根据当天的气温是在25°，根据图3所示的立柱色卡可计算出设备的运行温度C3=（最高参照温度C1-最低参照温度C2）*标尺色温系数β+C2，所以：可以计算出该点的温度远远高于环境温度及正常运行温度，而其附近又没有其他类似高温点，所以初步判断该避雷器被击穿，导致过热，这时就可以等待作业人员在停电的时候上杆更换避雷器，但是电气设备过热的现象总是反复的，如果作业人员处理不当，就还会发生故障，所以要求作业人员细心的工作态度，这样就不会影响到油田电网的运行及油田的生产。
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图3避雷器测温图片
经过我们认真分析，如果不好好利用红外测温装置，将会面临很大的问题，如图4所示，三相的铝排都已经被烧焦，所以变站值班人员及设备检修人员一定要定期按时的对经常发生故障的设备进行红外测温检测，以免酿成大错。
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图4被烧焦的铝排
九、红外检测技术成果
自对我厂电网有效合理的应用了红外监测技术以来，大大提高了油田电网的供电可靠性，为原油生产提供了可靠的电力保障。近几年共减少了油井停电时间300多个小时，按每口井原油产量为0.147吨/小时，每次停电平均影响20口油井计算，很明显，根据数据显示大大提高了原油产量上千吨，减少损耗近千万元。所以说红外检测技术即保障了油田的可持续发展，又降低了各项损耗，可谓油田电网的主导核心器具。
十、结论
红外检测技术是一门先进的电网作业技术，是一种诊断电气设备和线路热故障的有效的先进技术。这门技术可以使电网设备存在的故障一目了然，为检修提供了可靠的依据。它可以通过直接接受被测目标发射的能量来实现的，属于一种非接触式的测量手段。一方面它在设备运行下进行减少了停电时间；另一方面它对设备不会产生任何损害，而且可以掌握设备实际状况的变化。大大的提高了油田电网的供电可靠性，保障了油田的正常生产运行。
参考文献：
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[2]晏敏，彭楚武，颜永红，曾云，曾健平.红外测温原理及误差分析[J].湖南大学学报2004，5（10）：110-112
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