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摘要：由于电压致热型设备发热集中在设备内部，产热量并不高，同时热量从设备内部往外传输过程中发生扩散，对其进行故障诊断就很难有效把握。本文应用热辐射的基本规律对容性设备在运行过程中产生的热辐射进行分析，得出容性设备的测温原理；通过分析红外辐射的特征和红外辐射在大气中传输规律，把握容性设备红外传输规律。最后实际应用效果表面，利用容性设备的热发射规律和红外传输规律整体把握容性设备的实际运行状态，一方面可以作为红外测试中的理论指导，另一方面提高了红外测试人员的分析能力，对实际生产有一定的价值意义。
关键词：电压致热性；红外辐射的特征；热辐射的基本规律；传输规律；红外测试
0前言
在变电站高压设备中，容性设备包括耦合电容器、电容式电压互感器、电流互感器、变压器套管等设备，它们占变电设备的40%-50%，其自身的健康程度直接关系到电力系统安全、稳定运行[1][2]。容性设备的绝缘劣化是一个渐变的过程，如不及时发现并检修，可能导致设备发生故障，引发突发性事故，造成系统保护误动或电网的波动。
红外监测诊断技术是变电设备基础诊断方法之一，它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身，通过接收物体发出的红外辐射，并将其热像显示在荧光屏上[3][4]，从而准确判断物体表面的温度分布情况。具有准确、实时、快速、便捷等特点，在电气领域、军事领域等得到广泛的利用。目前，红外检测技术在容性设备中的应用已经很成熟，利用红外技术对设备状态进行诊断，根据诊断的结果对其试验，以此来判断红外诊断的有效性[5-7]。
由于电压致热性设备发热集中在设备内部，产热量并不高，同时热量从设备内部往外传输过程中发生扩散，对其进行故障诊断就很难有效把握。本文应用热辐射的基本规律对容性设备在运行过程中产生的热辐射进行分析，得出容性设备的测温原理；通过分析红外辐射的特征和红外辐射在大气中传输规律，把握容性设备红外传输规律。最后实际应用效果表面，利用容性设备的热发射规律和红外传输规律整体把握容性设备的实际运行状态，一方面可以作为红外测试中的理论指导，另一方面提高了红外测试员的分析能力，对实际生产有一定的价值意义。
1容性设备的热辐射规律
本文将容性设备(耦合电容器、电容式电压互感器、电流互感器、变压器套管等变电一次设备)看成一个圆柱型的外瓷套套住电气单元的设备一般辐射物体，已知其发射率，可通过测量物体的光谱辐射量来确定物体的温度[8]。若红外测试仪依据容性设备的总辐射而定温，则所得到的是物体的辐射温度（ ）；若红外测试仪器根据两个或多个特征波长上的辐射而定温，则所得到的温度是物体的色温度（ ）；若红外测试仪只根据某一个特征波长的辐射而定温，则所得到的是物体的亮温度（ ）。辐射温度、色温度和亮温度都不是物体表面真实的温度（T），即使经过了大气传输因子等的修正，它们与物体表面的真实温度之间任存在一定的差异。
2容性设备的红外辐射的基本特征
容性设备的红外特征与红外辐射的特征一致，红外辐射式一种电磁辐射，它既有与可见光相似的特性，如反射、折射、干涉、衍射和偏振，又具有粒子性，即它可以以光量子的形式被发射和吸收。此外，红外辐射还有一些与可见光不一样的独有特性：
（1）红外辐射对人的眼睛不敏感，所以必须用对红外辐射敏感的红外测试仪器才能探测到。
（2）红外辐射的光量子能量比可见光的小，如10 波长的红外光子的能量大约是可见光光子能量的1/20。
（3）红外辐射的热效应比可见光要强得多。
（4）红外辐射更易被物质所吸收，但对于有雾天气来说，长波红外辐射更容易通过。
3容性设备的红外辐射在大气中传输规律
3.1容性设备的红外辐射在大气中的吸收
由于大气对红外辐射的吸收，可以用各种不同强度的重叠光谱线组成的离散带来表征，如图1.1红外在1-15 波长之间的辐射光谱。重叠的程度取决于谱线的半宽度，而这些谱线在整个吸收带内的分布取决于吸收分子，因而才出现不同的吸收带。一氧化碳在4.8 处有一个吸收带，甲烷在3.2 和7.8 处各有一个吸收带，7.8 处也可以观察到一氧化碳的吸收带，然而一氧化碳最强的吸收带在4.7 处，臭氧有三个吸收带，其中4.8 处的吸收带很弱。剩下的就是二氧化碳和水蒸气，二氧化碳在2.7 、4.3 和15 处有三个强吸收带，水蒸气比其它任何气体有更多的吸收带，其位置在0.94 、1.14 、1.38 、1.87 、2.7 、3.2 和6.3 处。
3.2容性设备红外辐射在大气中传输过程中的散射衰减
红外辐射在大气中传输时，除因分子的选择吸收导致辐射能衰减外，辐射还会在大气中遇到气体分子密度的起伏及微小微粒，使辐射改变方向，从而使传播方向的辐射能减弱，这就是散射。一般来说，散射比分子吸收弱，随着波长增加散衰弱所占的地位逐渐减少。但是在吸收很小的大气窗口波段，相对来说散射就是使辐射衰减的主要原因。
4算例分析
将一台容性设备放置在恒温（20℃）环境中运行，设备的运行温度为23.2℃。将环境作为变量，开启日光灯模拟晴天，关掉日光灯在昏暗的环境下模拟阴天，对环境加水蒸气模拟雾天。分别在这三种环境下，同一个测试位置对容性设备进行红外测试，测试数据如表1所示。
横向可以看出，当把空气对红外辐射的吸收效应、空气对红外辐射散射考虑进去，换算出的容性设备真实温度比理想环境下的环境温度要小；单一只考虑空气一方面的环境效应影响，其换算出的真实温度比所有影响因素都考虑进去换算的温度要大，但是都没有理想环境下的换算温度大。
表4.1中的数据纵向比较，可以看出晴天的测试温度较阴天和有雾的天气测试温度大，这是由于晴天设备被反射，被反射的辐射被红外设备所接收，所以测试的温度是最大的；阴天天气由于设备被太阳反射较弱，所以测试的温度更接近设备实际运行温度；有雾天气测试的温度最小，这是由于有雾天气水蒸气对红外辐射进行吸收，红外设备所接收的到辐射比较弱，所以测试温度相对晴天和阴天都要小。
5结论
本文首先分析了红外辐射的规律，指出了红外辐射的特征，接着分析了红外在大气中的传输规律，分别得到了容性设备在运行过程中也具备相应的红外规律。最后通过算例分析得到，在同一环境温度下，不同天气下对容性设备进行红外测试，所测试的温度不一样。当考虑空气对红外辐射的吸收和散射的时候，其真实温度也各不相同。在实际的测试过程中，没有理想环境，但是通过上述的分析可以看出，最佳的测试环境是在阴天，空气透明度比较高的环境下测试。
参考文献
[1]李建强.电容型设备带电测试介质损耗研究[J].高电压技术,2000. 12,6(26):65-66.
[2]张泽华.电容型设备介损的带电测试对比分析[J].高电压技术, 2001.7,27(104):83-84.
论文作者:黄慰,刘明辉,苏阳,杨汉松,杨华昆
论文发表刊物:《电力设备》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/22
标签：设备论文; 温度论文; 测试论文; 规律论文; 大气论文; 物体论文; 热辐射论文; 《电力设备》2019年第10期论文;