紅外測溫窗口結合巡檢機器人在高壓開關柜測溫中的研究應用

王紀渝，葉強，楊超超，田亮，劉婭玲，夏倫奇

（1.云南電網有限責任公司，云南 昆明 650000；2.保山供電局，云南 保山 678000；3.南京藍芯電力技術有限公司，江蘇 南京 210000）

隨著社會和經濟快速發展，廣大用戶對供電可靠性提出更高的要求。高壓開關柜作為電力企業的重要生產設備，其在運行過程中容易出現器件老化、松動等現象，導致絕緣下降或接觸電阻過大引起放電或溫度異常升高，常常發生設備損壞或爆炸等安全事故。電力設備定期或實時監測是確保設備長期穩定運行的關鍵。為保障高壓開關柜安全穩定運行，通過紅外熱成像儀或紫外成像儀對高壓開關柜內的元器件和電氣連接點進行溫度檢測十分必要。

高壓開關柜帶電運行時，一方面巡檢人員無法直接打開柜門對內部元器件進行檢測，另一方面紅外線和紫外線因自身特點無法穿透柜體鐵皮和普通觀察窗，因此，當前高壓開關柜巡檢時，無法實現柜內節點溫度實時采集。為解決這一問題，筆者通過調研交流，提出一種紅外測溫窗口結合巡檢機器人的高壓開關柜柜內測溫新方法。

因此，在開關柜柜門上加裝一種可以滿足防護和防爆等級要求的，能透過紅外線和紫外線的紅外測溫窗口將有效的解決這個難題，結合智能巡檢機器人，實現高壓開關柜高效率、實時無損檢測，大大提高高壓開關柜的運行穩定性。

1 紅外測溫窗口原理

紅外線（Infrared）是波長介于微波與可見光之間的電磁波，任何高于絕對零度（-273.15℃）的物質都可以產生紅外線。紅外線可分為三類：近紅外線、中紅外線和遠紅外線。

中波紅外在大氣中基本沒有明顯衰減,測量精度受距離影響很小，遠近距離測量時都比較適合，測溫范圍也比較寬，所以，大部分紅外熱成像儀都普遍使用中波紅外。中紅外波段無法穿透普通玻璃和常見材料，包括高壓開關柜鐵皮。紅外測溫窗口是一種專門針對近紅外線和中紅外線所做研發的特種晶體材料，內部分子呈現等距和規律排布，當紅外線入射時能夠順利穿過分子間隙，可靠實現穿透式紅外測溫。

2 紅外測溫窗口應用方案及不足

紅外測溫窗口安裝在高壓開關柜上紅外測溫窗口采用氟化物晶體，擁有耐高溫、高強度和高氣密性，安裝在高壓開關柜上，既能滿足紅外測溫儀不開柜門測溫，又能滿足高壓開關柜防護和防爆等級要求。

巡檢人員通過手持紅外熱像儀或點溫槍對柜內設備進行測溫檢測，根據檢測數據進行分析和判斷。紅外測溫窗口測溫檢測和缺陷劃分標準包括三種：一般缺陷：溫差不超過15K，未達到重大缺陷要求；重大缺陷：熱點溫度≥90℃或相對溫差δ≥80%；緊急缺陷：熱點溫度≥130℃或相對溫差δ≥95%。

目前通過溫度判斷設備狀態主要包括2種方法：熱點溫度法和相對溫差法。設備熱點溫度絕對值判斷一般需要在設備發熱時及時檢測出實際溫度，通過缺陷判斷的溫度值進行判斷并發現問題。相對溫差判斷需要巡檢人員頻繁檢測，積累橫向數據和縱向數據進行對比，計算出相對溫差百分比。

熱點溫度法和相對溫差法兩種判斷方法都存在時效性和頻繁性的問題，對巡檢人員勞動強度和工作經驗提出了較高要求。

3 巡檢機器人測溫方案

鑒于人工方式在高壓開關柜巡檢測溫中存在的時效性、個體數據分析差異大的問題，無法可靠實現柜內設備的發熱檢測和隱患預警。考慮到變電站巡檢機器人已經較為普及，因此，提出紅外測溫窗口結合巡檢機器人測溫方案。

巡檢機器人具備智能神經和視覺算法，匹配高精度紅外熱成像傳感器，支持定時、定點、緊急、應急等多種巡檢模式，以及海量數據存儲和分析。

巡檢機器人測溫方案流程如圖1所示。巡檢機器人錄入開關室內需要測溫的柜子和窗口，依據站內開關柜空間位置，計算機器人行走路徑和檢測順序，結合紅外窗口定位標點和機器人視覺分析功能，確定每個紅外窗口在開關柜上的位置和測量角度，自動生成高壓開關柜溫度巡檢方案。

圖1 巡檢機器人測溫方案流程圖

巡檢機器人紅外攝像頭透過紅外測溫窗口對內部進行紅外熱成像測溫，每個窗口內部節點溫度數據自動匹配數據庫地址保存，應用數據庫編程方法開發高級應用，實現數據實時分析以及關聯數據分析，得出高壓開關柜溫度巡檢結果，以及相關溫升曲線圖，所見即所得。

高壓開關柜加裝紅外測溫窗口結合變電站現有巡檢機器人開展測溫的方法，可以高頻次、高可靠性地對高壓開關柜柜內電氣設備和關鍵節點進行無損檢測，結合算法應用，及時發現設備運行潛在安全隱患和故障，大大提高運行可靠性。

4 試驗結果

為驗證高壓開關柜加裝紅外測溫窗口結合變電站現有巡檢機器人開展測溫方法的有效性，保山供電局在其所轄典型110kV變電站內開展試點應用。通過在35kV和10KV開關柜上加裝50個紅外測溫窗口，結合巡檢機器人開展為期一個月的溫度巡檢試驗，為驗證本文方法的優勢，同步進行人工巡檢測溫并記錄。現場應用如圖2，試運行數據及其對比如圖3所示。

圖2 現場試點應用

圖3 傳統人工方法與本文方法巡檢結果對比

由圖中表格數據可知，紅外測溫窗口結合巡檢機器人開展測溫方法的巡檢頻次和數據量增加15倍，緊急檢測反應時間和單開關柜檢測時長縮短為1/6，最重要的是通過高效數據采集和分析發現2個一般缺陷，整體優勢非常明顯。

5 結語

高壓開關柜加裝紅外測溫窗口結合變電站現有巡檢機器人開展測溫方法為未來高壓開關柜柜內溫度巡檢測溫和分析提供一個新的思路和解決方案，通過實踐驗證，該方法實用、先進、效率高、效果好，值得有效借鑒和廣泛推廣應用。