變電站紅外監控技術的改進及應用

摘要:現今時代，人們生活對電的依賴越來越強，對供電質量要求越來越高。針對現有變電站紅外監控技術存在的技術缺陷，提出改進措施，在實際中更好地應用以保障供電，促進科技、經濟和社會的協調發展。

關鍵詞:紅外監控技術 變電站

1 變電站紅外檢測技術概況

變電設備是電力系統的樞紐，其運行狀態直接決定電力系統的安全和效益，而紅外檢測具有遠距離、不停電、不接觸、不解體等特點，給電力系統線路狀態監測提供了一種先進手段。變電站紅外與視頻監控系統可以定時定點對變電站預置各測量點每天自動進行數次溫度和圖像掃描，通過網絡實時將各點溫度、圖像上傳并存儲于監控主機，同時能夠在溫度越限后自動報警，提高了變電站變電設備溫度、視頻監測的智能化、信息化，網絡化水平。

2 變電站紅外檢測系統組成及技術缺陷

變電站紅外測溫與視頻監控系統由攝像機、數字云臺、紅外測溫儀、網絡視頻服務器、交換機、網絡通道、監控軟件及監控終端等組成。本系統最大特點是在普通的遠程視頻監控系統中加入高精度的數字云臺和紅外測溫儀，組成了集視頻、溫度監控于一體的遠程變電站自動監控系統。該系統綜合運用了多媒體視頻技術、計算機網絡技術、人工智能技術，實現了視頻監控系統的網絡化、數字化、應用的多媒體化以及管理的智能化。

變電站的設備巡視是運行人員每天都必須進行的一項重要工作。過去其手段方法一般就是目測、手摸和耳聽設備的運行情況，其中又以目測為主。但目測的方法有著很大的局限性，對一些有發展性的缺陷較難準確發現，特別是一些在運行中較易發熱的設備缺陷，要到設備發熱到一定的程度后(一般都已造成運行設備不同程度的損壞)才能被發現，這樣就給設備缺陷的及時發現和處理造成延誤。現在注油設備越來越少，以前較常出現的設備滲漏油現象也較少出現了，但設備異常發熱的問題卻占設備缺陷的大部分。用示溫蠟片對設備的發熱缺陷檢測，有時不能發現業已存在的故障，有時則誤判為出線接頭發熱，致使一些開關本體內的故障得不到及時處理。在設備巡視中利用紅外成像測溫技術既能解決上述問題，亦能在很大程度上提高運行人員發現設備缺陷的能力，特別是在設備的迎峰度夏和重大節假日期間對保證供電起到了很大的作用。下面結合我們的實踐，對利用紅外成像測溫技術提高運行人員巡視效果的應用作一些介紹。

通常需配紅外成像儀1臺，變電站各配紅外點溫儀1臺，巡檢班配紅外點溫儀2臺。在日常的巡視中，一般都使用便攜式紅外點溫儀對負荷較重的設備和重要負荷設備的接頭溫度進行重點巡視測試。紅外成像儀則能很清晰地顯示設備的溫度場，對設備的整體發熱情況作很直觀的觀察，對同一設備的不同點溫度的異常也能很快發現，它具有穩定、可靠、測溫迅速、分辨率高、直觀、不受電磁干擾以及信息采集、存儲、處理和分析方便等優點，具有點溫儀不可替代的優點。但紅外成像儀也存在重量較大、使用不方便和價格貴等缺點，因此紅外成像儀要作為運行人員日常巡視的必備工具還不夠現實，但它在每季度的設備查評、定期的設備夜間檢查或在特殊時期的檢查(如電網迎峰度夏或高峰負荷時)中使用，能收到相當明顯的效果。下面是在我公司在巡視檢測中發現的幾例有代表性的設備發熱缺陷。

缺陷一。某站#2主變壓器低壓側V相套管墊片發熱。發熱圖顯示最大值99.1℃，最小值5.8℃，SP01為75.2℃。這是由渦流引起的發熱缺陷。當發現主變壓器低壓側V相套管墊片處的溫度明顯高于U、W相時，第一反應是可能緊固墊片的螺母松動引起的發熱。但經停電后檢修人員對墊片進行打磨，并重新擰緊螺絲投入運行后，發熱問題依然存在。最后經對設備再次停電，并把U、V、W三相的墊片拆下對比后才發現，原來它們的材料是不同的:U、W相是銅墊片，V相是鐵墊片(由于外形及顏色都一樣，運行人員在巡視中難以發現)。正是由于材質的不同，而使它們之間發生了渦流，V相墊片溫度大大高于其余兩相。經檢修人員對V相墊片進行更換后，發熱得以消除。

缺陷二。某站10 kV開關柜中鋁排與穿墻套管連接處發熱。發熱圖顯示最大值68.8℃，最小值28.7℃，SP02為64.8℃。分析認為，這是由于設備負荷電流大，在長時間運行后，鋁排與穿墻套管連接處的導電膏老化，引起接觸面的導電能力下降而引起的發熱。

以上缺陷都是工作人員利用紅外成像儀對設備進行巡視中所發現的。由于這些發熱缺陷發現及時，且檢測發熱部位準確，為檢修人員的缺陷處理提供了準確的證據，提高了檢修人員的工作效率，大大減少了設備的停電時間。紅外成像測溫技術的發展應用，提高了運行人員發現設備缺陷(特別是發熱缺陷)的發現率和準確率，亦為變電站設備和電網的安全運行提供了可靠的檢測手段。

3 變電站紅外檢測故障診斷技術的改進及應用

3.1 對變電站紅外檢測故障診斷技術改進的需求 近年來，在新建的110kV及以下變電站中，通常實現無人值守或集控;老的變電站也大多進行了改造。上述技術升級和改造主要是針對變電站電氣二次部分進行的，當變電站一次設備出現故障或異常時會直接影響電能的傳輸、變換與分配等問題。目前，對電氣設備的故障診斷主要依靠計劃檢修和平時巡檢，如果設備突然出現異常或存在潛伏性故障，事實上大多情況我們都不能及時處理，使電力系統供電可靠性降低。利用“在線監測技術”能夠及時發現設備隱患，為迅速排除故障，節省檢修時間，提高電力系統安全、穩定運行。因此，大力發展“在線監測技術”是電力系統的必然。

3.2 在線監測系統組成及其功能簡介

3.2.1 在線監測系統組成 變電站在線監測系統采用分層分布嵌入式總線結構，按照對象來設計。系統包含單元層及變電站層。

單元層(監測設備附近):有斷路器、變壓器、避雷器、容性設備、環境等在線監測單元，還有變壓器、線路、母線等保護、測控單元。各單元在就地可對各高壓設備的特征參量進行實時采集處理，并將信息送往主控室。

變電站層(主控室):包括工程師站、五防終端、遠動主站、在線監測主站、監控系統、GPS裝置等，各監測單元的在線監測信息通過總線實時送往監測主站(主控室)，監測主站對收到的信息進行處理，再將分析診斷結果送到生計、檢修部門或報警提醒各部門人員注意。

3.2.2 在線監測系統功能簡介 ①變壓器在線監測單元功能:主要完成變壓器油中氣體在線監測、局部放電在線監測、鐵心絕緣狀況在線監測、變壓器套管絕緣狀況在線監測。油中氣體氣相色譜分析和局部放電試驗是目前對油浸絕緣狀態分析最靈敏的方法;局部放電是變壓器運行中出現絕緣劣化的主要因數之一，通過局部放電試驗可以找到絕緣放電發生的部位和強弱;而油中氣體色譜分析可知道變壓器絕緣放電能量的大小，放電點的溫度高低，是固體絕緣破壞還是液體絕緣破壞等信息。變壓器鐵心絕緣狀況通過在線監測變壓器鐵心接地電流實現。套管絕緣狀況通過在線監測介質損耗tgδ、泄漏電流實現。②斷路器在線監測單元功能:包括在線監測斷路器機械狀態和斷路器電壽命。在線監測斷路器機械狀態是通過監測斷路器動觸頭速度和行程、分合閘線圈回路電流、儲能電機電流來實現的。在線監測斷路器電壽命是通過監測介質損耗tgδ、套管外泄漏電流實現的。③隔離開關在線監測單元功能:戶外隔離開關經常出現的問題是瓷瓶斷裂，操作失靈、導電回路過熱和銹蝕。其中導電回路過熱是主要問題，因此，本監測單元通過紅外在線監測對某些隔離開關的接觸部位進行在線過熱監測。④絕緣子在線監測單元功能:絕緣子在發生絕緣故障前，總會表現出一定的局部放電特征，這些放電包括污穢放電(可能擊穿)、電暈放電(不會擊穿)、內部缺陷放電(可能擊穿)。本單元采用超聲波在線監測和絕緣電阻在線監測實現對部分絕緣子的絕緣故障監測。

各單元都是由雙CPU組成的完整微機系統，完成信號采集處理、A/D轉換、I/O、運算、故障判斷報警、對外通信、人機聯系等功能。

隨著變電站中在線監測及其故障診斷技術的應用，電力系統由計劃檢修過渡為狀態檢修將成為可能。由于在線監測信息量大，技術含量高，因此本系統設計采用分層分布嵌入式雙總線冗余配置通訊方式，兩總線的優勢互補，避免了總線沖突，在數據傳輸性能上有很大的提高。單元層采用雙CPU結構，滿足了在線監測技術的要求，系統功能多，任務分工明確，確保了系統通信的實時性和可靠性。在軟件使用上采用了搶占式任務調度機制，使系統任務優先級明確，提高了系統的實時性。因此這項技術的開展必將進一步深化變電站綜合自動化的內涵，提高電力系統運行可靠性和經濟性。

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