非接触式X光测温系统的设计分析

非接触式X光测温系统的设计分析

汪祝年周鹏

（国网江苏省电力公司镇江供电分公司212000）

摘要：采用非接触方式对树脂浇注式电力设备内部温度进行测量，目前尚无有效方法。本文通过将双金属测温传感器封存在树脂浇注式电力设备内部，利用X光对双金属进行成像，以此实现在非接触的情况下，对物体内部温度的测量。。

关键词：非接触式；树脂浇注；电力设备；X光测温系统

非接触式x光测温系统的设计，有效避免了以往对树脂浇注式电力设备内部温度测量中耗时、费力等诸多问题，在无须直接接触的情况下，利用X光机与双金属测温传感器，便可以实现物体内部温度的测量，通过实际测试，该方式可有效测量树脂浇注式电力设备内部温度，具有非常重要的应用价值。

1X光测温系统中的机构装置

1.1X光机升降机构装置

在X光机升降机构装置中设有固定连接板块、反向调节螺母、升降伸缩调节杆、X光机机构、定向调节连杆等。通过反向调节螺母推动相应卡位板块向外扩张运动，并通过升降调节动力装置进行位置调节，从而提升X光机对物体的测量范围，实现测温功能。

1.2X光机嵌套机构装置

在X光机嵌套机构中设有支撑主板、底侧固定板和连接板。在支撑主板上、底侧固定上分别设有调节螺杆。连接板上设有纵向调节槽的纵向固定连板，通过X光机的高度调节能力，实现干式变压器侧端的固定于调节盘的连接，增加连板与底盘的牢固程度，使X光机能够稳固有效实现非接触式的温度测量操作。

2非接触式x光数字测温原理

通过在树脂浇注式电力设备内部预置随温度变化，长度发生变化的特种金属材料（外部做绝缘保护），然后通过X光成像装置，观测金属材料变化，进而推算出密封物体内部温度值的方式，实现非接触式密封物体内部测温功能。

要实现上述功能，最重要的是金属材料在密封物体内部预置位置的选择，预置位置需要选择密封物体内部抵抗温度变化最薄弱的地方，才能准确反映密封物体内部的运行状况。所以首先需要对物体内部温升点进行分析，找出薄弱位置，放置测温装置。具体步骤如下：

首先根据密封物体内部实际生热情况对物体内部温升进行计算，推导其理论温升。然后，利用Ansys软件平台，根据物体内部结构，建立其三维整体模型，依据传热学原理，进行密封物体内部三维温度场整体仿真，对不同负荷下的三维温度场分布情况进行分析，找出密封物体薄弱位置。

非接触式X光测温系统通过双金属测温传感器与X光机的配合，实现对密封物体内部温度测量，为内部测温技术的发展提供了有力支持，有效保障了电气设备的安全性与稳定性，减少了电气设备因温度过高而造成的设备损坏、故障等问题，具有非常重要的意义。

3非接触式x光测温系统方案设计实践

3.1树脂浇注式电力设备内部薄弱点分析

在电力行业中，树脂浇注式电力设备因自身具有绝缘性高，成本低等特点，受到广泛应用。树脂浇注式电力设备的绝缘性与其内部产热与散热情况具有直接的关系。在电力设备内部过热的情况下，容易产生绝缘击穿引导起火、甚至于爆炸等安全事故，不仅影响了整体电网的有效运行、降低了人们的用电质量，还造成了严重的经济损失。由此可见，对树脂浇注式电力设备温度测量的重要性。在树脂浇注式电力设备内部薄弱位置安放双金属材料，以反映出其具体运行情况与升温点，起到系统保护的作用。

3.2具体设计步骤

3.2.1双金属测温模块

双金属的弯曲性能会随着温度的变化而变化，在实际的非接触式X光数字测温系统设计中，双金属的主动层选取择，需要符合该系统设计对弯曲度的条件，双金属被动层在该系统设计中的应用主要利用36%Ni-Fe合金，以保障双金属在不同温度下的膨胀值满足系统运行要求。双金属的温度灵敏度与热膨胀值、弯曲系数、动作位移等因素存在较大关系，其变形量与双金属温度敏感度成正比例关系。

3.2.2X光成像模块

X光机主要包含如下三个基本组成部分，即X射线产生部分、成像部分和控制部分，下面主要介绍X射线产生部分和成像部分。

电源经过降压变压器，供X线管灯丝加热，产生自由电子并云集在阴极附近。当升压变压器向X线管两极提供高压电时，阴极与阳极间的电势差陡增，处于活跃状态的自由电子，受强有力的吸引，使成束的电子，以高速由阴极向阳极行进，撞击阳极钨靶原子结构。此时发生了能量转换，其中约1%以下的能量形成了X线，其余99%以上则转换为热能。前者主要由X线管窗口发射，后者由散热设施散发。

3.2.3X光图像对比度增强

对比度增强是按一定的规则修改输入图像每一个像素的灰度，从而改变图像灰度的动态范围。它可以使灰度动态范围扩展，也可以使其压缩，或者是对灰度进行分段处理，根据图像特点和要求在某段区间中进行压缩而在另外区间中进行扩展。

3.2.5实物X光成像分析

为测试本方案的可行性，将双金属测温传感器密封于树脂内，如图1左所示。获取的X光图片如图1右所示，从图中可以看出，能够清晰的获得双金属测温传感器的图像，从而达到对树脂浇注式电力设备内部温度非接触式测量的目的。

图1测试对象与X光图像

结语：

综上所述，非接触式X光测温系统的设计，体现了我国科研水平的进步，有效解决了以往树脂浇注式电力设备检测中的诸多不足，在非接触的情况下，即可检测出内部温度的变化情况，有效减少了设备故障产生的机率，保障了系统的有效运行，提升了整体安全稳定性，具有非常重要的意义。通过以上的研究，希望可以增加同行业人士对非接触式X光数字系统的了解，进一步推广非接触式X光数字测温技术。

参考文献：

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基金项目：江苏省电力公司重点科技项目资助（J2017104）