紅外測溫技術(shù)在220 kV 變電運行中的應(yīng)用分析

唐 鍇

（國網(wǎng)天津市電力公司高壓分公司，天津 300000）

0 引 言

在當(dāng)今的電力行業(yè)中，220 kV 變電站作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)著輸送和分配電能的關(guān)鍵任務(wù)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會對電力需求的持續(xù)增長，確保變電站的穩(wěn)定、可靠運行成為了電力系統(tǒng)管理的重中之重[1-3]。在此背景下，紅外測溫技術(shù)因其獨特的非接觸式測量優(yōu)勢，成為提高變電站運行安全性和效率的重要工具[4-5]。紅外測溫技術(shù)能夠在不直接接觸設(shè)備的情況下迅速、準(zhǔn)確地測量出設(shè)備的溫度，對于檢測和預(yù)防變電站設(shè)備的潛在故障至關(guān)重要。文章主要分析紅外測溫技術(shù)在220 kV 變電站運行中的應(yīng)用，探討其在提高變電站運行安全性、工作效率以及準(zhǔn)確性方面的優(yōu)勢，旨在為基于紅外測溫技術(shù)促進(jìn)變電站穩(wěn)定運行和提升電力系統(tǒng)可靠性提供相關(guān)理論基礎(chǔ)。

1 紅外測溫技術(shù)

紅外測溫技術(shù)是一種基于紅外輻射原理進(jìn)行溫度測量的方法，無須直接接觸被測對象即可準(zhǔn)確測量其表面溫度。這種技術(shù)利用了所有物體都會根據(jù)其溫度發(fā)射紅外輻射能量的自然現(xiàn)象。紅外測溫設(shè)備可以檢測物體表面發(fā)出的紅外輻射強(qiáng)度，并將這些信息轉(zhuǎn)換成溫度讀數(shù)，迅速且準(zhǔn)確地確定目標(biāo)物體的溫度。這種測量方式不僅加快了測量速度，降低了操作人員的安全風(fēng)險，還能實時監(jiān)控和維護(hù)設(shè)備，極大地提高了工作效率和安全性。

2 應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 提高運維安全性

紅外測溫技術(shù)顯著提高了220 kV 變電站運行和維護(hù)的安全性，主要體現(xiàn)在2 個方面。一方面，由于紅外測溫技術(shù)是一種非接觸式測量方法，操作人員可以在安全距離外檢測設(shè)備溫度，大大降低了由于接近高壓設(shè)備而發(fā)生的安全事故風(fēng)險。另一方面，這種技術(shù)能夠?qū)崟r監(jiān)測變電站內(nèi)部設(shè)備，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備過熱等潛在的安全隱患，從而在問題發(fā)展到更嚴(yán)重的程度之前采取預(yù)防措施。

2.2 提高運維工作效率

紅外測溫技術(shù)在提高220 kV 變電站運維工作效率方面具有顯著優(yōu)勢。該技術(shù)通過非接觸式遠(yuǎn)程測量方式，允許維護(hù)人員在不接觸設(shè)備的情況下快速準(zhǔn)確地獲取設(shè)備表面的溫度數(shù)據(jù)。這種方法大幅度縮短了現(xiàn)場檢測的時間，使得維護(hù)團(tuán)隊能夠在更短的時間內(nèi)檢查更多的設(shè)備，顯著提高了工作效率。同時，由于紅外測溫技術(shù)可以實時監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，維護(hù)團(tuán)隊可以根據(jù)實時數(shù)據(jù)迅速做出反應(yīng)，及時調(diào)整維護(hù)策略和計劃，避免長時間的設(shè)備停機(jī)和大規(guī)模的手動檢查工作。此外，紅外測溫技術(shù)的應(yīng)用還減少了因設(shè)備故障導(dǎo)致的突發(fā)停電事件，能夠在問題變得嚴(yán)重之前發(fā)現(xiàn)潛在的故障點。這種預(yù)防性維護(hù)不僅提高了設(shè)備的運行效率，還減少了緊急修復(fù)設(shè)備所需的成本。

2.3 提高運維準(zhǔn)確性

紅外測溫技術(shù)通過精確捕捉目標(biāo)物體表面發(fā)射的紅外輻射能量，能夠提供非常精確的溫度讀數(shù)。紅外測溫技術(shù)能夠直接測量物體的表面溫度，不受周圍環(huán)境因素的影響，如空氣溫度或設(shè)備表面的反射光，因此具有較高的準(zhǔn)確性。另外，現(xiàn)代紅外測溫設(shè)備通常配備有高級校準(zhǔn)功能和先進(jìn)的溫度補(bǔ)償算法，進(jìn)一步提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確的溫度測量對于變電站的安全運行尤為重要，可以確保及時檢測到過熱等潛在的設(shè)備故障，避免這些問題演變成更嚴(yán)重的安全事故。例如，通過準(zhǔn)確監(jiān)測變壓器和斷路器等關(guān)鍵設(shè)備的溫度，維護(hù)人員可以識別出由絕緣材料老化或連接松動等導(dǎo)致的異常熱點。

3 應(yīng)用方向

3.1 在高危區(qū)域中應(yīng)用

紅外測溫技術(shù)在這些高危區(qū)域的應(yīng)用展現(xiàn)了其在預(yù)防和管理潛在風(fēng)險中的重要作用。高危區(qū)域通常包括高壓設(shè)備、連接點、絕緣子以及變壓器等關(guān)鍵部件，這些區(qū)域若發(fā)生故障可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，如電弧閃絡(luò)、設(shè)備過熱乃至火災(zāi)。使用紅外測溫技術(shù)，運維人員能夠遠(yuǎn)程監(jiān)測這些高危部件的溫度，及時發(fā)現(xiàn)異常熱點，從而在問題惡化并導(dǎo)致設(shè)備損壞或人員傷害之前采取措施。這種技術(shù)能夠安全、準(zhǔn)確地監(jiān)測變電站內(nèi)部難以接近或直接觀察區(qū)域的溫度，極大地提高了預(yù)防維護(hù)的效率。此外，紅外測溫技術(shù)的應(yīng)用有助于優(yōu)化維護(hù)計劃和資源分配。通過對高危區(qū)域的持續(xù)監(jiān)測，可以更有針對性地安排維護(hù)活動，優(yōu)先處理那些存在高溫異常的設(shè)備，避免不必要的全面檢查，從而節(jié)約資源并縮短維護(hù)導(dǎo)致的設(shè)備停機(jī)時間。

3.2 在故障預(yù)防中應(yīng)用

通過對設(shè)備進(jìn)行定期和連續(xù)的紅外溫度監(jiān)測，該技術(shù)能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常熱點，這些熱點往往是故障發(fā)生的前兆。例如，連接不良、絕緣材料退化或其他電氣組件故障都會在早期階段引起溫度異常。通過早期識別這些異常熱點，維護(hù)團(tuán)隊可以在故障發(fā)展到影響變電站正常運行或安全之前進(jìn)行干預(yù)，從而顯著降低嚴(yán)重故障的發(fā)生率。

3.3 在發(fā)熱和溫度檢測中的應(yīng)用

在220 kV 變電站的日常運營中，紅外測溫技術(shù)在檢測故障方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。例如，在檢測斷路器觸頭發(fā)熱、絕緣子異常加熱以及變流器溫度異常等情況時，此技術(shù)顯得尤為重要。斷路器觸頭如果因電阻增大而阻礙了電流的正常流動，其熱量就會相應(yīng)增加。通常這種電阻的增大是由觸頭表面氧化或腐蝕造成的。通過運用紅外測溫技術(shù)進(jìn)行定向的溫度檢測，可以迅速識別出斷路器觸頭的溫度異常，及時進(jìn)行修復(fù)，有效避免設(shè)備損壞或運行故障。同樣，絕緣子的異常加熱和變流器的溫度異常也能通過紅外技術(shù)提前發(fā)現(xiàn)，從而在問題惡化之前進(jìn)行干預(yù)，確保變電站的安全和穩(wěn)定運行。另外，紅外測溫技術(shù)在輔助診斷變流器等關(guān)鍵設(shè)備的故障中起到了不可或缺的作用，進(jìn)一步強(qiáng)化了變電站的運維和故障處理能力。

4 具體應(yīng)用案例

2023 年12 月8 日，在執(zhí)行對220 kV 某變電站一次設(shè)備的紅外精確測溫作業(yè)期間，觀察到某刀閘A相底座連接部位呈現(xiàn)明顯的發(fā)熱現(xiàn)象。通過進(jìn)一步的紅外測量，變電站運維人員記錄到刀閘三相底座連接部位的溫度為：A 相79.4 ℃，遠(yuǎn)高于B 相的37.4 ℃和C 相的38.2 ℃，而當(dāng)時的環(huán)境參考體溫度為26 ℃。刀閘A 相底座連接處的發(fā)熱問題不容忽視，暗示著可能存在電氣接觸不良或其他潛在故障，需要立即采取進(jìn)一步的診斷和維修措施，以確保變電站的安全穩(wěn)定運行。圖1 展示了紅外測溫圖。

圖1 紅外測溫圖

得到測溫結(jié)果后，運維人員基于相對溫差判斷法分析設(shè)備狀況。相對溫差判斷法是一種在紅外測溫領(lǐng)域常用的診斷技術(shù)，適用于檢測電氣接觸不良、絕緣損壞或其他故障而導(dǎo)致的局部過熱問題。這種方法的適用前提是，測量點的溫度升幅必須超過10 ℃，核心步驟是計算關(guān)聯(lián)對稱物體不同部位的溫度差異，并將該溫度差除以最高溫點的溫升。相對溫差判斷法所得結(jié)果以百分比形式表示，具體計算公式為

式中：δt表示相對溫差；T0表示參照物體的絕對溫度值；T1和T2分別表示測溫處的絕對溫度值與對稱測溫處的絕對溫度值。將實際數(shù)據(jù)代入式（1）得δt為78.7%。

若連接部位的絕對溫差不超過15 ℃或相對溫差大于35%且小于80%，則該情況會歸類為一般性缺陷，因此實例中的缺陷被判定為一般性缺陷[6]。通過對其他相鄰刀閘進(jìn)行紅外測溫對比和監(jiān)控站臺數(shù)據(jù)得知，故障發(fā)生的原因是變電站某母線停電后導(dǎo)致該線路所帶負(fù)荷過大。為解決相關(guān)問題，運維人員基于日負(fù)荷曲線的分析，計劃增加該線路刀閘A 相底座連接處的專項巡檢頻率，從每天1 次提升至每天6 次，具體巡檢時間如表1 所示。一旦在紅外測溫過程中探測到缺陷有向嚴(yán)重缺陷演變的趨勢，將立刻與調(diào)度控制中心聯(lián)系，請求降低電網(wǎng)負(fù)荷或采取停電措施。

表1 專項巡檢時間安排表

經(jīng)過一段時間的特巡發(fā)現(xiàn)，缺陷點的溫度和負(fù)荷數(shù)據(jù)隨時間變化存在一定的規(guī)律性，以其中一天為例，變化曲線如圖2 所示。

圖2 數(shù)據(jù)變化圖

由圖2 顯示，故障點的溫度變化與其承擔(dān)的負(fù)荷存在正相關(guān)關(guān)系。因此，運維中心提出在進(jìn)行特巡時，應(yīng)特別留意上午11:00 左右負(fù)荷達(dá)到高峰時段的缺陷點溫度狀況。如果發(fā)現(xiàn)缺陷加劇，應(yīng)立刻向調(diào)度控制中心報告，以便采取相應(yīng)措施。從該實例可知，變電站的運維人員可以基于紅外測溫技術(shù)及時檢測故障，同時根據(jù)檢測結(jié)果擬定有效的運維策略，證實了紅外測溫技術(shù)在220 kV 變電站運行中的實際應(yīng)用價值。

5 結(jié) 論

文章圍繞紅外測溫技術(shù)在220 kV 變電運行中的應(yīng)用展開深入分析，首先簡要介紹紅外測溫技術(shù)，其次闡述其應(yīng)用優(yōu)勢和應(yīng)用方向，最后詳細(xì)講述關(guān)于紅外測溫技術(shù)的具體應(yīng)用案例，包括故障的檢測和運維方案的制定。本研究旨在進(jìn)一步促進(jìn)紅外測溫技術(shù)在220 kV 變電站中的廣泛應(yīng)用，以提高變電站的運維效率和保障電力系統(tǒng)的安全性。