紅外測溫技術(shù)在變電站中的應(yīng)用

張德銘

摘要：電力設(shè)備故障一般是由于過流、過載、老化、接觸不良、漏電、設(shè)備內(nèi)部缺陷或其它異常導(dǎo)致的，而上述故障一般都會伴有發(fā)熱異常等現(xiàn)象，通過對設(shè)備的溫度變化就能監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。本文主要論述了各類變電設(shè)備目前適合采取的三種有效測溫方法，解決目前變電站無人值守后人員緊缺、維管設(shè)備多等現(xiàn)狀。提高變電設(shè)備和電網(wǎng)的安全運(yùn)行系數(shù)。

關(guān)鍵詞：接觸式溫度傳感器;手持式紅外成像測溫儀;遠(yuǎn)程全視場紅外成像測溫;遙視

1引言

如何保證供電系統(tǒng)安全運(yùn)行和保障電力設(shè)備時刻處于穩(wěn)定良好的狀態(tài)，是電力管理的重點(diǎn)問題。電力設(shè)備故障一般是由于過流、過載、老化、接觸不良、漏電、設(shè)備內(nèi)部缺陷或其它異常導(dǎo)致的，而上述故障一般都會伴有發(fā)熱異常等現(xiàn)象，通過對設(shè)備的溫度變化就能監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

2紅外成像測溫技術(shù)介紹

在光譜圖中，波長2.0～1000μm之間的部分稱為熱紅外線。自然界中所有溫度在絕對零度（-273℃）以上的物體，都會不停地向外輻射熱紅外線。因此熱紅外線（或稱熱輻射）是自然界中存在最為廣泛的輻射。物體的熱輻射能量的大小，直接和物體表面的溫度相關(guān)。熱輻射的這個特點(diǎn)使人們可以利用它來對物體進(jìn)行無接觸溫度測量和熱狀態(tài)分析，這就是紅外測溫技術(shù)的基本物理原理。紅外熱成像系統(tǒng)一般工作在中波紅外區(qū)域（波長3～5μm）或長波紅外區(qū)域（波長8～12μm）。通過探測物體發(fā)出的紅外輻射，將不可見的輻射圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槿搜劭梢姷摹⑶逦膱D像。

3常用測溫方法的對比分析

目前，變電設(shè)備測溫的方法主要有：接觸式溫度傳感器、紅外點(diǎn)溫儀、手持式紅外成像測溫儀、全視場紅外成像測溫系統(tǒng)，下面對這4種測溫方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行簡述。

（1）接觸式溫度傳感器測溫。將溫度傳感器與測溫目標(biāo)緊密接觸，測溫結(jié)果采用有線或無線通信的方式發(fā)送給測控主機(jī)。

（2）紅外點(diǎn)溫儀。紅外點(diǎn)溫儀雖然采用的是紅外測溫技術(shù)，但使用的紅外傳感器是非成像的，因此盡管能夠進(jìn)行非接觸測溫，但不能成像。

（3）手持式紅外成像測溫儀。手持式紅外成像儀是目前最普及的輸變電設(shè)備測溫方式，采用非制冷紅外焦平面作為溫度傳感器，具有非接觸成像測溫的顯著優(yōu)點(diǎn)。

（4）遠(yuǎn)程全視場紅外成像測溫與前3種測溫方法相比，具有多點(diǎn)同時測溫、無需人工操作、匯總、支持遠(yuǎn)程遙視等優(yōu)勢。

4各種測溫方法的技術(shù)特點(diǎn)

4.1接觸式溫度傳感器測溫

4.1.1系統(tǒng)由無線溫度傳感器、測溫通信終端（溫度顯示儀）、溫度監(jiān)測預(yù)警工作站組成。

無線溫度傳感器由控制單元、無線傳輸單元及溫度測量三部分組成，主要安裝在容易發(fā)熱的地方（比如：電纜的終端頭連接處、變壓器與電纜的連接處，高壓開關(guān)的表面等）。無線溫度傳感器每隔一定時間（時間可調(diào)）自動發(fā)射一次溫度數(shù)據(jù)給溫度顯示儀，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度異常，立即報(bào)警，不受發(fā)射周期限制。

測溫通信終端主要用來顯示無線溫度傳感器發(fā)送來的溫度數(shù)據(jù)，并通過總線連接，把數(shù)據(jù)上傳到溫度監(jiān)測工作站計(jì)算機(jī)，并響應(yīng)管理軟件發(fā)出的各種命令。

溫度監(jiān)測預(yù)警工作站從測溫通信終端采集各監(jiān)測點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)并進(jìn)行保存，實(shí)時顯示各監(jiān)測點(diǎn)的溫度變化曲線，并進(jìn)行分析，如果某一點(diǎn)超過預(yù)置溫度值則立即報(bào)警。還可以通過軟件調(diào)節(jié)測溫通信終端和無線溫度傳感器的溫度報(bào)警預(yù)置值，和測量時間（發(fā)射數(shù)據(jù)的時間）。另外還可以接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行WEB發(fā)布。

4.1.2沒有復(fù)雜的引線，完全絕緣，造價低廉。

4.1.3可安裝在封閉的柜體內(nèi)，溫度儀無線的方式發(fā)出。

4.1.4可直接安裝到高壓觸點(diǎn)上測量運(yùn)行溫度，通過無線方式傳輸溫度數(shù)據(jù)，完全絕緣，絕緣性能有保障。

4.2手持式紅外成像測溫儀

手持式紅外成像測溫儀可以成像，利用圖片分析發(fā)熱點(diǎn)，比較直觀，所有設(shè)備必須測試到位，進(jìn)行對比分析，方能及時發(fā)現(xiàn)缺陷。以下是我工區(qū)所轄變電站發(fā)熱圖像：

4.2.1表面溫度判斷法

主要適用電流致熱型和電磁效應(yīng)引起發(fā)熱的設(shè)備。根據(jù)測得的設(shè)備表面溫度值，對照《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》（DL/T664—2008）的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合環(huán)境氣候條件、負(fù)荷大小進(jìn)行分析判斷。

4.2.2同類比較判斷法

根據(jù)同組三相設(shè)備、同相設(shè)備之間及同類設(shè)備之間對應(yīng)部位的溫差進(jìn)行比較分析。對于電壓致熱型設(shè)備、電流致熱型設(shè)備，應(yīng)結(jié)合《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》（DL/T664—2008）進(jìn)行判斷。

4.2.3圖像特征判斷法

主要適用于電壓致熱型設(shè)備。根據(jù)同類設(shè)備的正常狀態(tài)和異常狀態(tài)的熱像圖，判斷設(shè)備是否正常。注意應(yīng)盡量排除各種干擾因素對圖像的影響，必要時結(jié)合電氣試驗(yàn)或化學(xué)分析的結(jié)果，進(jìn)行綜合判斷。

4.2.4相對溫差判斷法

主要適用于電流致熱型設(shè)備。特別是對小負(fù)荷電流致熱型設(shè)備，采用相對溫差判斷法可降低小負(fù)荷缺陷的漏判率。

4.2.5缺點(diǎn)：設(shè)備運(yùn)行時必須關(guān)閉柜門，而這時紅外測溫方式則不能透過金屬柜門測量內(nèi)部溫度。

4.3遠(yuǎn)程全視場紅外成像測溫

遠(yuǎn)程全視場紅外成像測溫視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以定時定點(diǎn)對變電站自動進(jìn)行數(shù)次溫度和圖像掃描，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時將各點(diǎn)溫度、圖像上傳并存儲于監(jiān)控主機(jī)，同時能夠在溫度越限后自動報(bào)警。

4.3.1相對差分測溫和絕對測溫相結(jié)合。系統(tǒng)采用相對差分測溫和絕對值測溫相結(jié)合的測溫算法，共同分析全視場內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的溫度變化情況。相對差分測溫是對同一測溫目標(biāo)點(diǎn)前后兩個時刻的溫度值進(jìn)行比較，分析其差值，若差值過大，則表示該目標(biāo)點(diǎn)的性能發(fā)生了急劇的變化，值得高度重視，該方法有利于發(fā)現(xiàn)突發(fā)性故障，如過流等;絕對值測溫是對測溫目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行絕對溫度測量，若高于預(yù)先設(shè)定的允許閾值，則發(fā)出報(bào)警，絕對值測溫主要針對緩慢性發(fā)展的故障，如銹蝕等。

4.3.2具備全視場測溫能力。每個變電站里，需要測量的目標(biāo)點(diǎn)大約有數(shù)百個之多。本系統(tǒng)具有全視場測溫能力，可以對鏡頭視場內(nèi)的每一個像素點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確測溫，真正達(dá)到“能見即能測”。

4.3.3目標(biāo)距離的自適應(yīng)補(bǔ)償。測溫目標(biāo)與紅外鏡頭之間的距離對測溫的準(zhǔn)確度有較大的影響。手持式紅外測溫儀需要對每一個測量目標(biāo)進(jìn)行距離估計(jì)。系統(tǒng)采用了紅外雷達(dá)的一些技術(shù)，能夠自動對目標(biāo)進(jìn)行分析并對測溫準(zhǔn)確度進(jìn)行自適應(yīng)補(bǔ)償，保證了大范圍內(nèi)的目標(biāo)測溫準(zhǔn)確度。

4.3.4自動化程度高。系統(tǒng)無需人工干預(yù)和人工巡檢，在無人為操作的情況下，系統(tǒng)會自動記錄測溫目標(biāo)正常運(yùn)行情況及故障情況，且在被監(jiān)控設(shè)施發(fā)生故障時會自動報(bào)警，真正實(shí)現(xiàn)了全程自動化。

5結(jié)語

變電設(shè)備如果能夠?qū)⑷N方法組合應(yīng)用，既提高了設(shè)備運(yùn)行管理水平，又保證了電網(wǎng)安全優(yōu)質(zhì)供電。

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