電氣設(shè)備預(yù)防性維護(hù)技術(shù)綜述

劉志宏 劉藝林

摘要：電力設(shè)備在運(yùn)行過程中難免會(huì)出現(xiàn)故障，這些故障不僅會(huì)影響到電力設(shè)備的安全性，更會(huì)給工作人員的生命帶來威脅。為了保證現(xiàn)代化工廠的正常平穩(wěn)運(yùn)行，電氣設(shè)備的維護(hù)工作成為了近年來的一個(gè)研究熱點(diǎn)。該文總體對(duì)電氣設(shè)備預(yù)防性維護(hù)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的綜述。首先，分別介紹高壓電氣設(shè)備和低壓電氣設(shè)備，回顧電氣設(shè)備維護(hù)方法的發(fā)展情況再進(jìn)行總結(jié);對(duì)于目前的技術(shù)，該文介紹了當(dāng)今主流的幾種預(yù)防性維護(hù)技術(shù)，如紅外測(cè)溫技術(shù)、航拍圖像識(shí)別技術(shù)和多光路檢測(cè)技術(shù);最后，將預(yù)防性維護(hù)技術(shù)與傳統(tǒng)方法進(jìn)行比較，并對(duì)預(yù)防性維護(hù)的意義及重要性進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：電氣設(shè)備維護(hù)? 紅外測(cè)溫? 航拍圖像識(shí)別? 多光路檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TM50? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?文章編號(hào)：1672-3791（2021）11（a）-0000-00

A Review of Preventive Maintenance Technology for Electrical Equipment

LIU Zhihong1 LIU Yilin 2

（1. Jihua ABS plant， China National Petroleum Corporation， Jilin City， Jilin Province， 132001 China; 2. Dongguan Power Supply Bureau， China Southern Power Grid Company Limited， Dongguan， Guangdong Province， 523000 China）

Abstract： During the operation of power equipment， it is inevitable that faults will occur. These faults will not only affect the safety of power equipment， but also threaten the lives of workers. So， in order to ensure the normal and stable operation of modern plants， the maintenance of electrical equipment has become a research hotspot in recent years. This paper systematically summarizes the preventive maintenance technology of electrical equipment. Firstly， the paper introduces high-voltage electrical equipment and low-voltage electrical equipment respectively， and then reviews and summarizes the the development of electrical equipment maintenance methods. For the current technology， this paper introduces several mainstream preventive maintenance technologies， such as infrared temperature measurement technology， aerial image recognition technology and multi-path detection technology. Finally， the preventive maintenance technology is compared with the traditional methods， and the significance and importance of preventive maintenance are described.

Key Words： Electrical equipment maintenance; Infrared temperature measurement; Aerial image recognition; Multi-optical path detection

從20世紀(jì)70年代起，我國逐漸建立完善的電力系統(tǒng)，培訓(xùn)專業(yè)的技術(shù)人員，加強(qiáng)電氣設(shè)備的保養(yǎng)維護(hù)，但由于維護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致的事故時(shí)有發(fā)生，主要原因有以下幾點(diǎn)：首先，設(shè)備不時(shí)會(huì)更新，操作復(fù)雜程度的提高使得技術(shù)人員的維護(hù)水平難以滿足新型設(shè)備的要求;其次，維護(hù)方案缺乏科學(xué)性，難以掌握合適的使用周期;再者，技術(shù)人員在維護(hù)過程中可能會(huì)出現(xiàn)檢查不仔細(xì)、誤判漏判等操作，從而使設(shè)備仍有出現(xiàn)故障的可能性。所以，為了保證現(xiàn)代化工廠的正常平穩(wěn)運(yùn)行，電氣設(shè)備的維護(hù)工作成為了近年來的一個(gè)研究熱點(diǎn)。該文就從總體對(duì)電氣設(shè)備預(yù)防性維護(hù)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的綜述和探究。

電氣設(shè)備維護(hù)是安全用電的重要步驟，本文主要綜述電氣設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)技術(shù)。目前，常用的電氣設(shè)備維護(hù)措施還是以人工為主，相比于近年來的紅外測(cè)溫技術(shù)、航拍圖像識(shí)別技術(shù)與多光路檢測(cè)技術(shù)，人工進(jìn)行故障診斷并維修的效率較低，浪費(fèi)人力資源。

1 工廠電氣設(shè)備分類

根據(jù)國家電網(wǎng)公司發(fā)布的新版安規(guī)，電壓等級(jí)在1 000 v以上的電氣設(shè)備為高壓電氣設(shè)備，在1 000 v及以下則為低壓電氣設(shè)備。各企業(yè)應(yīng)根據(jù)設(shè)備電壓的高低來制訂對(duì)應(yīng)的維護(hù)方案。

由于高壓電氣設(shè)備具有高強(qiáng)電壓，在操作時(shí)需要停電、驗(yàn)電等操作或保證一定的安全距離，具有較高的危險(xiǎn)系數(shù)，并且維護(hù)技術(shù)要求相對(duì)較高，因此需要培養(yǎng)更專業(yè)的技術(shù)人員來操作，以避免電力事故，減少安全隱患[1]。

低壓電氣設(shè)備如低壓斷路器、自動(dòng)空氣開關(guān)、電磁接觸器等，這些部件的維護(hù)都需要經(jīng)常頻繁檢修或及時(shí)更新，但是也需要科學(xué)的維護(hù)制度，既要保持維護(hù)的頻率又不能過度維護(hù)。

2? 電氣設(shè)備預(yù)防性維護(hù)技術(shù)

2.1? 紅外測(cè)溫技術(shù)

紅外測(cè)溫技術(shù)可以較好地預(yù)測(cè)電氣設(shè)備的過熱故障，其主要通過捕捉溫度遠(yuǎn)高于絕對(duì)零度的物體所放出的紅外線來判斷待測(cè)物體的溫度。紅外測(cè)溫系統(tǒng)的主要組成部分有光電探測(cè)器、紅外光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)放大器和信號(hào)處理器等[2]。

在20世紀(jì)70年代，瑞典國家電力局研制了檢測(cè)電力設(shè)備的車載紅外熱像儀，并制訂故障判斷標(biāo)準(zhǔn)及解決方案[3];之后，我國也將自主研發(fā)的紅外測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用到電力設(shè)備的維護(hù)中，2008年國家發(fā)改委頒布了紅外測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用規(guī)范[4]，推動(dòng)紅外測(cè)溫技術(shù)在電力系統(tǒng)中的發(fā)展，從此紅外測(cè)溫廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。近年來，結(jié)合深度學(xué)習(xí)的紅外圖像異常診斷也讓紅外測(cè)溫技術(shù)有了新的突破，平均檢測(cè)精度90%以上[5]。

紅外測(cè)溫技術(shù)通過輻射線的相關(guān)信息來判斷某個(gè)物體的熱量場(chǎng)分布情況，再通過信號(hào)傳遞到測(cè)溫儀的屏幕上，以色彩變化的方式來展示物體內(nèi)部的溫度。

外部發(fā)熱故障主要是由于局部負(fù)荷較大造成過載，從而導(dǎo)致熱量不斷地向四周輻射。在設(shè)備外部發(fā)熱時(shí)，在紅外熱圖上會(huì)表現(xiàn)為分布比較均勻的熱量場(chǎng)，檢測(cè)人員可以根據(jù)該項(xiàng)特征判斷設(shè)備為外部發(fā)熱故障，再根據(jù)溫度的具體分布情況來確定故障部件以及位置。

2.2? 航拍圖像識(shí)別技術(shù)

1940年，國外已開始研究無人機(jī)巡航技術(shù)，直至21世紀(jì)初，計(jì)算機(jī)視覺與圖像處理的出現(xiàn)使無人機(jī)航拍技術(shù)有了實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用，在電力設(shè)備巡視方面實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、實(shí)用化和智能化。Katrasnik[6]提出的GSRIO技術(shù)使得無人機(jī)可以自主躲避障礙物，并且提高了續(xù)航和防抖能力;近年來，電網(wǎng)公司相繼使用無人機(jī)航拍技術(shù)進(jìn)行巡檢，代替人工進(jìn)行高危環(huán)境的故障診斷，目前無人機(jī)巡航技術(shù)的效率已經(jīng)遠(yuǎn)超過人工[7]。

對(duì)于電氣設(shè)備，一部分故障來源于設(shè)備及輸電線上的異物，導(dǎo)致極限放電距離大幅縮短，危險(xiǎn)性極大。對(duì)于異物識(shí)別問題，王海洋[8]將航拍視頻中存在故障的具體幀定義為關(guān)鍵幀，通過提取該關(guān)鍵幀的方式提取關(guān)鍵信息，即是否有異物懸掛;陳瑞[9]提出基于直線檢測(cè)分割算法及多特征約束的輸電線異物搭掛識(shí)別方法和基于Harris角點(diǎn)檢測(cè)及形態(tài)學(xué)處理的故障識(shí)別算法，對(duì)照片進(jìn)行直線篩選、特征約束分割等處理，再通過輪廓尋找提取故障外框從而確定故障部位。

2.3? 多光路檢測(cè)技術(shù)

可見光融合檢測(cè)裝置總體分為紫外光學(xué)系統(tǒng)、ICCD及信號(hào)處理系統(tǒng)、紅外機(jī)芯、可見光機(jī)芯等[10]。通過紫外光學(xué)系統(tǒng)提供的參考平面，雙光路能夠在同一個(gè)軸線上傳送，并將同一個(gè)場(chǎng)景分別生成可見光圖像和紫外圖像。其中，紫外ICCD、可見光及紅外機(jī)芯為故障檢測(cè)的重要部分。

軟件部分通過編程來設(shè)計(jì)多光路圖像融合模塊，從而實(shí)現(xiàn)三種光的圖像的匹配融合。該部分通過調(diào)用OpenCV庫函數(shù)進(jìn)行圖像處理，最后實(shí)現(xiàn)紅外、紫外、可見光三光路集成檢測(cè)，從而多維度檢測(cè)設(shè)備故障信息，提高設(shè)備運(yùn)行的安全性。

3? 結(jié)語

該文主要研究電氣設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)技術(shù)及適用場(chǎng)景，旨在闡述防止電氣設(shè)備出現(xiàn)故障的幾種預(yù)防性方法，文中大致列出三種方法，分別如下。

（1）紅外測(cè)溫技術(shù)：對(duì)設(shè)備進(jìn)行紅外測(cè)溫，若測(cè)溫儀出現(xiàn)異常色彩，則表示設(shè)備溫度異常，要立即斷電，進(jìn)行下一步措施。

（2）航拍圖像識(shí)別技術(shù)：該方法在處理線路異物搭掛方面上有一定的優(yōu)勢(shì)，通過使用無人機(jī)航拍再使用計(jì)算機(jī)視覺與圖像處理技術(shù)來識(shí)別異物，然后進(jìn)行處理。

（3）多光路檢測(cè)技術(shù)：該方法可以對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行溫度異常、漏電等多維度檢測(cè)，更方便、全面地對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查。

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作者簡介：劉志宏（1972—），男，本科，工程師，主要研究方向?yàn)殡姎庠O(shè)備故障診斷等。

劉藝林（1996—），男，碩士，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理等。

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2110-5042-4128