淺談紅外測溫技術(shù)在變電站運(yùn)維中的應(yīng)用

淺談紅外測溫技術(shù)在變電站運(yùn)維中的應(yīng)用

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著中國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模也在日益擴(kuò)大，與之相配套的變電所設(shè)施總量也在日益增加。由于變電所擁有的變壓器保護(hù)裝置逐漸加大，也產(chǎn)生了安全問題，所以針對變壓器保護(hù)裝置的檢測要求也提高。目前，通過將紅外測溫技術(shù)運(yùn)用到對變電所運(yùn)營中的變電設(shè)備監(jiān)測中，就能夠?qū)⒆冸娫O(shè)備的缺點(diǎn)、異常及其故障情況更明顯的加以監(jiān)控。該文中初次對紅外測溫的技術(shù)機(jī)理和重要性作出了闡述，并詳細(xì)分析了紅外測溫技術(shù)在變電運(yùn)維應(yīng)用技術(shù)分析，意在促并推廣紅外線測溫技術(shù)在變電所中的明顯運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：紅外測量技術(shù)；變電站運(yùn)維；應(yīng)用

引言

由于市場經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，人們對電能的要求也日益增多，而城市供電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和用電設(shè)備的總量也不斷擴(kuò)大，致使城市電力系統(tǒng)中產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)安全隱患也越來越多。變壓器作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，如何安全、平穩(wěn)的工作將直接影響到電能品質(zhì)和穩(wěn)定性，而紅外檢測溫度技術(shù)則可以在不接觸、不停電的狀況下直接檢測變壓器的工作狀況，為判別電力設(shè)備是否正常運(yùn)行提出技術(shù)支持，是值得推廣的。

紅外測溫技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用條件

1.1紅外測溫技術(shù)的特點(diǎn)

工作中的輸變電機(jī)械設(shè)備由于電流熱效應(yīng)產(chǎn)生了紅外線照射效應(yīng)，從而在電氣設(shè)備表層形成了相應(yīng)的高溫場，而紅外線測溫高溫技術(shù)則透過吸取這些自高溫場發(fā)出的紅外線照射熱能，并透過電流效應(yīng)以及放大器和A/D轉(zhuǎn)換器等電子元件產(chǎn)生了明顯可讀的可見光圖象，該高新技術(shù)具備了檢測效果直觀和敏捷度高的優(yōu)點(diǎn)，可以測量出電氣設(shè)備表層細(xì)微的發(fā)熱狀況改變，從而明顯反應(yīng)出電氣設(shè)備內(nèi)部的發(fā)熱狀況，因此可信度很高，對查出電氣設(shè)備隱患也十分有用。

1.2紅外測溫技術(shù)的應(yīng)用條件

紅外測量溫度技術(shù)的主要運(yùn)用是對正在工作的電氣設(shè)備進(jìn)行非接觸式測量，并拍攝其溫度場的分布狀況，可明顯監(jiān)測電壓致熱型電氣設(shè)備存在隱患(如高負(fù)載方式下出現(xiàn)的電線插頭、耐張線夾或并溝線夾等接線部分的過熱狀況)和電壓致熱型電氣設(shè)備存在隱患(如輸變電設(shè)備絕緣子發(fā)生的氧化腐蝕)。紅外線測溫的理想使用條件是低風(fēng)速和低相對濕度的氣候環(huán)境，如果紅外線測溫在陰天或傍晚時進(jìn)行，可以明顯減少周圍環(huán)境對檢測結(jié)果的影響程度。

2、紅外測溫的技術(shù)原理

紅外線測溫技術(shù)是一項(xiàng)安全技術(shù)，其主要以近紅外技術(shù)的工作原理為基礎(chǔ)，通過對變電站中的電氣設(shè)備進(jìn)行溫度檢測，以便更好的臨測變電所中設(shè)備的工作狀況。紅外線測溫技術(shù)對在變電所中運(yùn)行的電氣設(shè)備實(shí)施安全檢測，所采用的技術(shù)基本原理為，在一般情況下，物體都是由原子與分子所組成的，而其中原子與分子在整個排列過程中都是遵循著特定的排列規(guī)律完成的，原子和分子的排列形態(tài)都有很多種，而每一個排列形態(tài)隨后都會產(chǎn)生一種化合物，這也同時就產(chǎn)生了不同的化合物。其實(shí)，所有原子和分母在物體中，都是處在高速度轉(zhuǎn)動的狀況，只不過它們在運(yùn)動過程中并沒有規(guī)律性的，只是在某種規(guī)則中實(shí)現(xiàn)了高速度轉(zhuǎn)動。都會形成對應(yīng)的熱能，而這些熱能就會向外形成射線，同時又被叫做熱輻射現(xiàn)象。而近紅外線測溫技術(shù)，則利用原子和分子在運(yùn)動中所輻射產(chǎn)生的熱能對設(shè)備進(jìn)行測量，因此能夠?qū)崿F(xiàn)提高測量安全的目的，將紅外線測溫技術(shù)運(yùn)用于變壓器管理運(yùn)維中，其實(shí)也就是對變壓器中的變電裝置進(jìn)行熱量監(jiān)測，并對比檢測到的熱輻射能量與變電裝置的實(shí)際工作溫度，這樣才能判別變壓器管理運(yùn)維中的變電裝置能否在正常狀況下工作。紅外線熱測量技術(shù)的主要實(shí)現(xiàn)流程為，先采集變電所運(yùn)維中變電設(shè)備由于太陽被輻照所產(chǎn)生的熱能，然后利用紅外線檢測器、熱信號處理和其他的裝置進(jìn)行熱傳輸，將所采集到的熱能變換為溫度控制信息，這樣一來就得以直接向變電所中的人員提供變電設(shè)備溫度控制的有關(guān)信息，并且還得以反應(yīng)出所檢測的變電設(shè)備是不是處在正常的發(fā)熱狀況，以此實(shí)現(xiàn)了對變電設(shè)備溫度控制進(jìn)行檢測的目的，從而才能正確的判定出本變電運(yùn)行裝置中是不是有熱障礙問題的存在。

3、紅外測溫方法

3.1相對溫差

變電裝置在工作過程中所產(chǎn)生的熱能，一般可通過溫度測定的方式計(jì)量，或統(tǒng)計(jì)局部發(fā)熱部位的相對溫度，從而分析其是否具有過熱等異常情況，主要依據(jù)發(fā)熱點(diǎn)、參照體和正常相差的相對溫度差值，并按照其公式加以計(jì)量。在變電站設(shè)備中，部分設(shè)備的發(fā)熱點(diǎn)較為分散，難以"聚焦"在一起，可以通過溫度判斷的方法進(jìn)行檢測，檢測時間主要選擇負(fù)荷晚峰時段，同時盡量避免日照，加大設(shè)備通流。

3.2同類比對

同類比對法，是對二個同型號的電壓生熱的發(fā)變電裝置運(yùn)營狀態(tài)進(jìn)行橫向比對，以比較其檢測點(diǎn)溫度差異，并通過電壓變化產(chǎn)生熱量、溫度上升情況可以做出對設(shè)備故障的診斷。參考可接受溫度升高或同類接受的溫度，如果同類溫度超出接受的溫度或升高高百分之三十以上，基本即可確定該變電裝置出現(xiàn)故障。在采用同類比對法進(jìn)行檢測時，需要事先確定其檢測部位，可選擇任何時段進(jìn)行檢測，保障變電設(shè)備的良好運(yùn)行，進(jìn)而維護(hù)整個變電站乃至電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。

3.3熱譜圖分析

熱譜圖分析，是將變電裝置在正常工作狀態(tài)與非正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀況下的熱譜圖加以對比，分析二者之間存在的差異，與此同時，熱譜圖分析法還可以對變電設(shè)備不同時期的紅外圖譜進(jìn)行縱向比對，從中發(fā)現(xiàn)變電設(shè)備運(yùn)行過程中的熱輻射能量變化規(guī)律，能夠?qū)ψ冸娫O(shè)備的內(nèi)部故障進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。根據(jù)歷史圖譜，對正常和變異圖像加以劃分，以便于進(jìn)行比較，增加對變電裝置故障診斷的準(zhǔn)確度。根據(jù)設(shè)備的發(fā)熱趨勢，采取明顯的運(yùn)維措施，明顯預(yù)防故障的發(fā)生。

4、紅外測溫技術(shù)在變電運(yùn)維應(yīng)用上的發(fā)展必要性

變電站運(yùn)維中的一個重要工作就是設(shè)備巡檢工作，巡檢時不但要發(fā)現(xiàn)各種存在的安全隱患，而且還要隨時檢查設(shè)備的工作狀況中有沒有異常。而傳統(tǒng)的設(shè)備巡檢工作一般都是采取目測、手摸和耳聽三個方法，來確認(rèn)和評估電力設(shè)備的工作狀況，其中目測是三個方式中較為普遍的一個，但是目測方法較大的缺失也就是局限性，對部分開拓性缺失無法明顯檢測出，比如過熱的電力設(shè)備，初始過熱時很難看出，而且通常設(shè)備只有過熱到了一定程度后才看到，但通常此時設(shè)備都已發(fā)生了不同程度的損傷，這也就使發(fā)現(xiàn)和處理電氣設(shè)備的缺失時產(chǎn)生了延誤。盡管隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，注油裝置數(shù)量越來越少，漏油現(xiàn)象也愈來愈小，但設(shè)備的異常情況問題還是嚴(yán)重，據(jù)有關(guān)部門]的統(tǒng)計(jì)資料表明，異常發(fā)熱設(shè)備問題占了裝置總體故障的1.05%以上。但耳聽和手觸方式對明顯裝置都是不適用的，因?yàn)橛行┭b置操作十分復(fù)雜，而且具有一定危險性，所以一般不建議用手觸方法，基于此需要一個比較明顯的解決辦法。

5、紅外測量技術(shù)在變壓器運(yùn)行保護(hù)工作中的運(yùn)用

5.1紅外熱像儀

20世紀(jì)60時，將熱像科技應(yīng)用于非軍事應(yīng)用領(lǐng)域，誕生了民用的紅外線熱像儀一，成為較穩(wěn)的溫度儀表逐步被各個產(chǎn)業(yè)所廣泛使用。20世紀(jì)90時末，法國AGEMA企業(yè)將非制冷熱像儀投放市場，此后美國的FLUKE公司也隨之進(jìn)駐，從此紅外線熱像儀高速蓬勃發(fā)。隨著紅外線熱像儀的問世，克服了傳統(tǒng)電工上接頭對帶電環(huán)境溫度測試?yán)щy的問題，同時具備了便攜式、非接觸式等優(yōu)勢，能直接查看環(huán)境溫度分布，并且很快地就被廣泛應(yīng)用在電氣設(shè)備操作維修等巡檢應(yīng)用領(lǐng)域和電路研究、新材料開發(fā)等工程研究方面。21世紀(jì)初，由于熱像科技的蓬勃發(fā)展，一些熱像儀廠家發(fā)布了適應(yīng)于長時間網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測的紅外熱像儀，熱像科技已開始往傳感器方面蓬勃發(fā)展，紅外熱像儀，能夠?qū)χ匾O(shè)施和高壓危險地區(qū)二十四小時進(jìn)行監(jiān)控，并與其它電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)連接，共同組成了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以進(jìn)行大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)，隨后也已開始被廣泛使用于在變電站的監(jiān)測、消防、安防等領(lǐng)域技術(shù)方面，自2010年后，國際市場上發(fā)現(xiàn)的熱像科技也已開始與移動網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，將紅外熱像儀科技與智能手機(jī)結(jié)合，利用了智能型手機(jī)的高便捷性和強(qiáng)可操作性，以及快速增長的大數(shù)據(jù)處理能力和移動互聯(lián)功能，使得紅外熱像儀的操控更加簡便，檢測溫度功能也更為強(qiáng)勁。而手機(jī)式熱像儀對快速云存儲和數(shù)據(jù)共享也變得更為方便，使得紅外熱像儀科技由原來孤立的儀表和感應(yīng)器，迅速發(fā)展成了大數(shù)據(jù)處理的熱像采集終端，從而大大拓展了熱像的使用空間。隨著熱像科技的普及，民用紅外熱像儀也在逐步地由工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)用領(lǐng)域進(jìn)入到家庭消費(fèi)范疇，而怎樣使紅外熱像儀更普遍地使用，成為熱像領(lǐng)城及創(chuàng)新企業(yè)所需要重視的問題。紅外測溫技術(shù)在變電運(yùn)行維修工作中的廣泛運(yùn)用，不僅大大提高了變電運(yùn)行維修系統(tǒng)的工作效率，還減少了很多人工作業(yè)時間，使檢測人員的工作壓力大為降低，同時紅外線測溫技術(shù)還能明顯反饋發(fā)輸變配電系統(tǒng)中存在的問題，使系統(tǒng)能繼續(xù)明顯地正常工作。在變電運(yùn)行維修系統(tǒng)中運(yùn)用紅外線測溫技術(shù)，要重視的就是維護(hù)人員人身安全，要保證正在實(shí)施紅外線測溫作業(yè)人員的生命安全，同時還要嚴(yán)格遵照有關(guān)技術(shù)規(guī)范實(shí)施，并做好對工作的監(jiān)督檢查，在安全距離外測溫，不得使人身肢體部分和紅外線檢測裝置進(jìn)入安全距離內(nèi)，以免作業(yè)人員的生命財產(chǎn)遭受嚴(yán)重傷害。需要在大風(fēng)、陰雨、干旱等的氣候條件下對輸變電設(shè)施進(jìn)行檢測，并避免在雨、霧、雷、熱潮濕的氣候下對戶外輸變電設(shè)施進(jìn)行檢測。

5.2電流致熱性缺失檢測

在從事變壓器運(yùn)行維修的過程中，由于電力設(shè)備的類型很多，而這些電氣設(shè)備的條件和狀況都不盡相同，所以造成設(shè)備的發(fā)熱原因也有所不同。但是，對于不同的電氣設(shè)備檢測需要使用不同的檢查措施，而產(chǎn)生高電流密度致熱性缺失的原因，通常有按觸不足、電線縱向直徑不符合使用要求等因素，因此檢驗(yàn)技術(shù)人員在開展對這類缺失的檢查工作時，可以先通過紅外線熱象儀測定環(huán)境溫度，以降低理論知識測量值與實(shí)際數(shù)據(jù)間的誤差，或?qū)y得數(shù)據(jù)與理論值加以對比，以求是否出現(xiàn)問題，從而判斷是否需要對電氣設(shè)備加以檢測。

紅外線測溫技術(shù)一旦運(yùn)用于變壓器運(yùn)維中，能夠明顯監(jiān)控變壓器裝置的工作狀況，這對于變壓器裝置的安全保護(hù)具有很大意義。在變電所的日常工作狀態(tài)中，為確保變電設(shè)施的安全、平穩(wěn)地工作，通常都會進(jìn)行一個檢查工作，也就是變電所中的人員需在每一時階段都需要對變電設(shè)施進(jìn)行監(jiān)視檢查，在這個工作狀況下，才能夠及時發(fā)現(xiàn)變電站在正常工作流程中的變電設(shè)備所出現(xiàn)的問題后，要及時對其出現(xiàn)的故障進(jìn)行監(jiān)測與檢修，一旦使用了紅外線測溫技術(shù)，則不管變電所中的變電裝置是在設(shè)置隔離開關(guān)。而紅外線測溫技術(shù)不僅僅能夠測量隔離開關(guān)外熱，還能夠測量變電裝置在工作過程中所形成的發(fā)夾非正常過熱現(xiàn)象，而發(fā)夾過熱一般是由于變電裝置中的執(zhí)行線路，與該線的相接觸部位而形成的這種過熱狀況。另外，減振彈簧墊塊在被氧化后，還會出現(xiàn)發(fā)線夾松動的現(xiàn)狀，這將會給變壓器線路的調(diào)節(jié)和運(yùn)轉(zhuǎn)造成危害，同時也會威脅著變壓器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性問題。而墊塊和線路夾在碰撞過程中時會使阻力增加，從而使變壓器機(jī)械設(shè)備的加熱狀態(tài)產(chǎn)生了反常，假如變壓器機(jī)械設(shè)備在安裝過程中并不能安放合乎標(biāo)準(zhǔn)的墊片，又或是機(jī)械設(shè)備在裝配時并未進(jìn)行了嚴(yán)格的保護(hù)措施，這就會使線路上線夾的松動存在現(xiàn)象發(fā)生，而該線上一旦發(fā)生了松動則變壓器機(jī)械設(shè)備的加熱狀態(tài)就會發(fā)生了失常，甚至無法在正常狀態(tài)下工作。

6、安科瑞AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維云平臺

6.1概述

基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺，滿足用戶或運(yùn)維公司監(jiān)測眾多變電所回路運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運(yùn)行溫度、現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境視頻場景等需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一個中心，集中存儲、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權(quán)限的用戶通過電腦、手機(jī)、PAD等各類終端鏈接訪問、接收報警，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

6.2應(yīng)用場所

適用于電信、金融、交通、能源、醫(yī)用衛(wèi)生、文體、教育科研、農(nóng)林水利、商業(yè)服務(wù)、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的新建、擴(kuò)建和改建。

6.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)可分為四層：即感知層、傳輸層、應(yīng)用層和展示層。

感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監(jiān)測裝置、攝像頭、開關(guān)量采集裝置等。除攝像頭外，其它設(shè)備通過RS485總線接入現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。

傳輸層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)和交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過交換機(jī)把數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時數(shù)據(jù)可存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

應(yīng)用層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，若變電所數(shù)量小于30個則應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以合一配置。服務(wù)器需要具備固定IP地址，以接收各智能網(wǎng)關(guān)主動傳送過來的數(shù)據(jù)。

展示層：用戶通過手機(jī)、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺信息。

6.4系統(tǒng)功能

6.4.1用能月報

用能月報支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號等查詢所管理站所的用電量，查詢跨度可設(shè)置為月。

6.4.2站點(diǎn)監(jiān)測

站點(diǎn)監(jiān)測包括概況、運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)日事件記錄、當(dāng)日逐時用電曲線、用電概況。

6.4.3變壓器狀態(tài)

變壓器狀態(tài)支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負(fù)荷率、等運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持按負(fù)荷率、功率等升、降序排名。

6.4.4運(yùn)維

運(yùn)維展示當(dāng)前用戶管理的有關(guān)變電所在地圖上位置及總量信息。

6.4.5配電圖

配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的開關(guān)狀態(tài)、電流等運(yùn)行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)查詢。

6.4.6視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

6.4.7電力運(yùn)行報表

電力運(yùn)行報表顯示選定站所選定設(shè)備各回路采集間隔運(yùn)行參數(shù)和電能抄表的實(shí)時值及平均值行統(tǒng)計(jì)。

6.4.8報警信息

對平臺所有報警信息進(jìn)行分析。

6.4.9任務(wù)管理

任務(wù)管理頁面可以發(fā)布巡檢或消缺任務(wù)，查看巡檢或消缺任務(wù)的狀態(tài)和完成情況，可以點(diǎn)擊查看任務(wù)查看具體的巡檢信息。

6.4.10用戶報告

用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并列出在該周期內(nèi)巡檢時發(fā)現(xiàn)的各類缺失及處理情況。

6.4.11APP監(jiān)測

電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)”、“設(shè)備檔案”、“待辦事項(xiàng)”、“巡檢記錄”、“缺失記錄”、“文檔管理”和“用戶報告”七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報告、文檔管理等。

審核編輯 黃宇