探究紅外測(cè)溫技術(shù)在220kV變電運(yùn)行中的應(yīng)用

孔艷清 侯秀麗

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)各行各業(yè)的發(fā)展都得到了極大的提升，電力行業(yè)也不例外，在電力行業(yè)升壓站及其他高壓設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，故障部位會(huì)伴隨表現(xiàn)出熱狀態(tài)異?，F(xiàn)象，而紅外故障檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體的表面溫度變化情況以及熱量分布的實(shí)時(shí)獲取，可對(duì)高壓設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，同時(shí)紅外熱成像技術(shù)具有非接觸式紅外診斷的特點(diǎn)，使得紅外熱成像技術(shù)在應(yīng)用于高壓電氣設(shè)備熱故障檢測(cè)時(shí)具有更高效、更方便、更準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。因此紅外成像技術(shù)在電力系統(tǒng)得到廣泛使用，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員是否能夠準(zhǔn)確判斷變壓器運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)變壓器狀態(tài)檢修策略的制定有著重要意義。

關(guān)鍵詞：紅外測(cè)溫技術(shù);220kV變電運(yùn)行;應(yīng)用

引言

現(xiàn)有測(cè)溫系統(tǒng)主要涉及到紅外測(cè)溫系統(tǒng)和光纖測(cè)溫系統(tǒng)，紅外測(cè)溫系統(tǒng)即在人工巡查測(cè)溫過程中，紅外測(cè)溫儀的使用較為普遍，雖然使用較為靈活，但是成本較高，精準(zhǔn)度不高，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)效果不是很理想，且一旦遇到遮擋物，紅外線便無法穿過，同時(shí)會(huì)受到周圍磁場(chǎng)的影響，導(dǎo)致紅外測(cè)溫儀的應(yīng)用范圍較低。由于開關(guān)柜的空間有限，不適宜安裝紅外測(cè)溫探頭，原因是探頭安裝后需要與周圍的物體保持一定的距離，易受周圍環(huán)境的干擾，導(dǎo)致測(cè)溫的精度受到影響。光纖測(cè)溫系統(tǒng)是這些年在國(guó)內(nèi)外高壓測(cè)量研究中，對(duì)光纖技術(shù)的研究與應(yīng)用比較廣泛，光纖技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，得到電量參數(shù)。光纖傳輸系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，主要是由于其具有耐腐蝕、絕緣強(qiáng)度高等特點(diǎn)，且體積較小，適應(yīng)于高電壓測(cè)量，所以有良好的應(yīng)用效果。光纖式溫度測(cè)溫主要的信號(hào)來源是光纖信號(hào)，在帶電物體的表面安裝溫度傳感頭，光纖是連接測(cè)溫儀與溫度傳感器的方式。分布式光纖測(cè)溫、熒光光纖測(cè)溫、光纖光柵等是光纖測(cè)溫的主要方式，其中優(yōu)勢(shì)最為明顯的是熒光光纖測(cè)溫，不僅便于安裝，而且使用壽命較長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)多路多點(diǎn)的溫度監(jiān)測(cè)，尤其是在大規(guī)模的溫度點(diǎn)監(jiān)測(cè)中，適用效果更明顯。在測(cè)量期間精準(zhǔn)度與分辨率較高。傳感量檢測(cè)及傳輸均為光信號(hào)，不僅在不同的環(huán)境中有良好的適用性，還不會(huì)受到電磁干擾的影響。在安裝期間由于體積小，所以安裝較為方便與簡(jiǎn)單;使用期間既無需電池或者交流取電，又不受現(xiàn)有環(huán)境限制，所以維護(hù)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)可靠性高。

1電網(wǎng)變電運(yùn)行特點(diǎn)

電網(wǎng)變電運(yùn)行特點(diǎn)主要涉及到以下幾個(gè)方面具體內(nèi)容：電力系統(tǒng)工作流程較為復(fù)雜，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，只有科學(xué)制定變電控制措施、變電管理措施，才能保證變電系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行與供電用電效率?，F(xiàn)階段，我國(guó)電網(wǎng)變電運(yùn)行特點(diǎn)可以歸納為：（1）復(fù)雜性。電網(wǎng)變電運(yùn)行電力系統(tǒng)設(shè)備較為復(fù)雜，設(shè)備具有不同功能，維護(hù)難度相對(duì)較大、故障發(fā)生概率相對(duì)較高。（2）枯燥性。電網(wǎng)變電運(yùn)行工作較為枯燥，重復(fù)工作內(nèi)容相對(duì)較多，可能會(huì)讓工作人員產(chǎn)生疲倦感。（3）難度大。在變電運(yùn)行過程中，變電站設(shè)備分布較廣，難以進(jìn)行集中管理，與此同時(shí)，因不同設(shè)備運(yùn)維方法存在差異，對(duì)運(yùn)維管理人員技術(shù)能力要求相對(duì)較高。

2紅外測(cè)量原理

根據(jù)斯蒂芬-波爾茲曼定律，可進(jìn)行輻射溫度測(cè)量。由輻射溫度測(cè)量法做成的數(shù)字傳感器。被測(cè)物體的輻射線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦在光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（一般由人造黑體、熱電堆等組成）上之后，產(chǎn)生電信號(hào)，再經(jīng)過放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理后輸出溫度數(shù)字信號(hào)。該測(cè)量方法以黑體輻射作為基準(zhǔn)來標(biāo)定，知道被測(cè)物的ε值后，就可由斯蒂芬-波爾茲曼定律及ε的定義來求出被測(cè)物的溫度。假定被測(cè)物體（灰體）輻射的總能量全部被黑體所吸收，則它們的總能量相等。

3電力設(shè)備發(fā)熱原因分析

電力設(shè)備發(fā)熱原因主要從以下方面進(jìn)行分析：在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中造成設(shè)備接頭發(fā)熱引發(fā)電氣火災(zāi)，發(fā)現(xiàn)其原因并不是單一的。機(jī)械強(qiáng)度下降：銅、鋁、螺栓、彈簧、彈墊會(huì)產(chǎn)生慢性退火變軟，喪失機(jī)械強(qiáng)度，導(dǎo)致變形和破壞。絕緣性能降低：絕緣材料的使用壽命在估算時(shí)，“八度規(guī)則”經(jīng)驗(yàn)規(guī)律是較為有效的手段之一。當(dāng)溫度上升8℃時(shí)，壽命就會(huì)下降一半。諧波形成的影響：由于產(chǎn)生大量諧波的用電設(shè)備不斷增加，諧波會(huì)在并聯(lián)電容器的大量使用下放大，使得諧波造成的危害加重。由于諧波的頻率較高，使導(dǎo)線的集膚效應(yīng)加重，因此銅損急劇增加，非線性負(fù)荷的負(fù)荷電流可能增加到線性負(fù)荷的50%，使得導(dǎo)體發(fā)熱?，F(xiàn)場(chǎng)其他因素：例如在檢修期間，如果檢修工藝使用不合理，也會(huì)影響電力設(shè)備的正常運(yùn)行。這類問題有母線在安裝與加工等過程中，對(duì)母線接觸表面的處理不合理，有不光滑、不平整等問題的出現(xiàn)，從而造成有效接觸面積減少，接觸電阻增大而發(fā)熱。過負(fù)荷、短路引起溫升是比較常見的，但是其他原因則經(jīng)常被人們忽視。負(fù)荷大小并不是影響接觸不良和諧波的主要因素。也就是說，開關(guān)的質(zhì)量再好，當(dāng)負(fù)荷容量達(dá)到相關(guān)的條件后，也會(huì)出現(xiàn)溫升超標(biāo)的情況;溫升的上升同樣也會(huì)受到接觸不良等問題的影響。所以造成溫升問題的因素有很多，不止負(fù)荷大一個(gè)原因。溫升所帶來的影響一般有絕緣擊穿等急性故障，也有絕緣性能下降等慢性故障。電氣設(shè)備的健康狀態(tài)也會(huì)受到溫度和絕緣的影響。所以在規(guī)避電氣事故發(fā)生時(shí)，溫升狀況的掌握是十分有效的。

4紅外測(cè)溫技術(shù)在220kV變電運(yùn)行中的應(yīng)用

4.1數(shù)據(jù)采集層

紅外測(cè)溫技術(shù)在220kV變電運(yùn)行中的應(yīng)用之一是數(shù)據(jù)采集層。系統(tǒng)采用分層、分布、分散式結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)采用三級(jí)架構(gòu)：數(shù)據(jù)采集層（由無線測(cè)溫采集終端和無線主機(jī)接收裝置組成）、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和數(shù)據(jù)管理層（控制中心主站）。數(shù)據(jù)采集層設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，通訊層通過網(wǎng)絡(luò)傳輸方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理層，數(shù)據(jù)管理層實(shí)現(xiàn)站級(jí)協(xié)調(diào)、優(yōu)化控制和當(dāng)?shù)乇O(jiān)測(cè)功能。同時(shí)實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)方調(diào)度中心的通信。分層、分布、分散式的系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)可靠性，任一部分設(shè)備有故障時(shí)，只影響局部;站內(nèi)甚至沒有二次電纜，節(jié)省了投資，也簡(jiǎn)化了施工與維護(hù)。

4.25G通信模塊設(shè)計(jì)

紅外測(cè)溫技術(shù)在220kV變電運(yùn)行中的應(yīng)用之三是5G通信模塊設(shè)計(jì)。5G圖像信息傳輸部分由發(fā)送模塊和接收模塊構(gòu)成，發(fā)送模塊與前端紅外熱成像部分STM32相連，接收模塊是支持5G通訊的設(shè)備。圖像處理模塊將圖像信息進(jìn)行濾波、平滑、校正后交給發(fā)送模塊，利用高速率、低時(shí)延的5G網(wǎng)絡(luò)傳給智能手機(jī)APP管理系統(tǒng)或者在線傳給PC端互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控云平臺(tái)。在5G通信模塊的支持下，在線監(jiān)測(cè)的紅外傳感器可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)疑似患者，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳至云端。后臺(tái)通過云端訪問設(shè)備、控制設(shè)備進(jìn)行人臉識(shí)別，比對(duì)數(shù)據(jù)庫，精準(zhǔn)查找疑似患者的詳細(xì)信息。為了減少現(xiàn)場(chǎng)布線，提高紅外攝像儀安裝的便捷性，在獨(dú)立工作模式下，采用7.2V～8.4V鋰電作為電源，供多場(chǎng)景使用。

結(jié)語

綜上可知，紅外熱檢測(cè)技術(shù)可有效、及時(shí)地發(fā)現(xiàn)高壓設(shè)備故障，運(yùn)維人員對(duì)紅外測(cè)溫熟練掌握可及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛伏性故障，有效提高電力行業(yè)設(shè)備可靠性。判斷設(shè)備缺陷要結(jié)合電壓致熱性與電流致熱性缺陷進(jìn)行判斷。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭銘基.于紅外成像技術(shù)的變電站電氣設(shè)備熱故障診斷研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2019.

[2]賀如月，李云紅，李禹萱，賈凱莉，何琛，王剛毅.紅外熱像儀的電力系統(tǒng)電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)研[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2019，19（3）：28-32，35.

[3]宿軍，王勁松，李延風(fēng)，劉斯堯.紅外熱像儀性能參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)校正方法研究[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，41（2）：80-82.

[4]李德剛.紅外診斷技術(shù)在電氣設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)中的研究與應(yīng)用[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2010.

（國(guó)網(wǎng)孝感供電公司 ?湖北省孝感市 ?432000）