紅外測(cè)溫窗口結(jié)合巡檢機(jī)器人在高壓開關(guān)柜測(cè)溫中的研究應(yīng)用

王紀(jì)渝，葉強(qiáng)，楊超超，田亮，劉婭玲，夏倫奇

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司，云南 昆明 650000；2.保山供電局，云南 保山 678000；3.南京藍(lán)芯電力技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210000）

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，廣大用戶對(duì)供電可靠性提出更高的要求。高壓開關(guān)柜作為電力企業(yè)的重要生產(chǎn)設(shè)備，其在運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)器件老化、松動(dòng)等現(xiàn)象，導(dǎo)致絕緣下降或接觸電阻過大引起放電或溫度異常升高，常常發(fā)生設(shè)備損壞或爆炸等安全事故。電力設(shè)備定期或?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)是確保設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。為保障高壓開關(guān)柜安全穩(wěn)定運(yùn)行，通過紅外熱成像儀或紫外成像儀對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)的元器件和電氣連接點(diǎn)進(jìn)行溫度檢測(cè)十分必要。

高壓開關(guān)柜帶電運(yùn)行時(shí)，一方面巡檢人員無法直接打開柜門對(duì)內(nèi)部元器件進(jìn)行檢測(cè)，另一方面紅外線和紫外線因自身特點(diǎn)無法穿透柜體鐵皮和普通觀察窗，因此，當(dāng)前高壓開關(guān)柜巡檢時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)節(jié)點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)采集。為解決這一問題，筆者通過調(diào)研交流，提出一種紅外測(cè)溫窗口結(jié)合巡檢機(jī)器人的高壓開關(guān)柜柜內(nèi)測(cè)溫新方法。

因此，在開關(guān)柜柜門上加裝一種可以滿足防護(hù)和防爆等級(jí)要求的，能透過紅外線和紫外線的紅外測(cè)溫窗口將有效的解決這個(gè)難題，結(jié)合智能巡檢機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān)柜高效率、實(shí)時(shí)無損檢測(cè)，大大提高高壓開關(guān)柜的運(yùn)行穩(wěn)定性。

1 紅外測(cè)溫窗口原理

紅外線（Infrared）是波長(zhǎng)介于微波與可見光之間的電磁波，任何高于絕對(duì)零度（-273.15℃）的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線。紅外線可分為三類：近紅外線、中紅外線和遠(yuǎn)紅外線。

中波紅外在大氣中基本沒有明顯衰減,測(cè)量精度受距離影響很小，遠(yuǎn)近距離測(cè)量時(shí)都比較適合，測(cè)溫范圍也比較寬，所以，大部分紅外熱成像儀都普遍使用中波紅外。中紅外波段無法穿透普通玻璃和常見材料，包括高壓開關(guān)柜鐵皮。紅外測(cè)溫窗口是一種專門針對(duì)近紅外線和中紅外線所做研發(fā)的特種晶體材料，內(nèi)部分子呈現(xiàn)等距和規(guī)律排布，當(dāng)紅外線入射時(shí)能夠順利穿過分子間隙，可靠實(shí)現(xiàn)穿透式紅外測(cè)溫。

2 紅外測(cè)溫窗口應(yīng)用方案及不足

紅外測(cè)溫窗口安裝在高壓開關(guān)柜上紅外測(cè)溫窗口采用氟化物晶體，擁有耐高溫、高強(qiáng)度和高氣密性，安裝在高壓開關(guān)柜上，既能滿足紅外測(cè)溫儀不開柜門測(cè)溫，又能滿足高壓開關(guān)柜防護(hù)和防爆等級(jí)要求。

巡檢人員通過手持紅外熱像儀或點(diǎn)溫槍對(duì)柜內(nèi)設(shè)備進(jìn)行測(cè)溫檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷。紅外測(cè)溫窗口測(cè)溫檢測(cè)和缺陷劃分標(biāo)準(zhǔn)包括三種：一般缺陷：溫差不超過15K，未達(dá)到重大缺陷要求；重大缺陷：熱點(diǎn)溫度≥90℃或相對(duì)溫差δ≥80%；緊急缺陷：熱點(diǎn)溫度≥130℃或相對(duì)溫差δ≥95%。

目前通過溫度判斷設(shè)備狀態(tài)主要包括2種方法：熱點(diǎn)溫度法和相對(duì)溫差法。設(shè)備熱點(diǎn)溫度絕對(duì)值判斷一般需要在設(shè)備發(fā)熱時(shí)及時(shí)檢測(cè)出實(shí)際溫度，通過缺陷判斷的溫度值進(jìn)行判斷并發(fā)現(xiàn)問題。相對(duì)溫差判斷需要巡檢人員頻繁檢測(cè)，積累橫向數(shù)據(jù)和縱向數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出相對(duì)溫差百分比。

熱點(diǎn)溫度法和相對(duì)溫差法兩種判斷方法都存在時(shí)效性和頻繁性的問題，對(duì)巡檢人員勞動(dòng)強(qiáng)度和工作經(jīng)驗(yàn)提出了較高要求。

3 巡檢機(jī)器人測(cè)溫方案

鑒于人工方式在高壓開關(guān)柜巡檢測(cè)溫中存在的時(shí)效性、個(gè)體數(shù)據(jù)分析差異大的問題，無法可靠實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)設(shè)備的發(fā)熱檢測(cè)和隱患預(yù)警。考慮到變電站巡檢機(jī)器人已經(jīng)較為普及，因此，提出紅外測(cè)溫窗口結(jié)合巡檢機(jī)器人測(cè)溫方案。

巡檢機(jī)器人具備智能神經(jīng)和視覺算法，匹配高精度紅外熱成像傳感器，支持定時(shí)、定點(diǎn)、緊急、應(yīng)急等多種巡檢模式，以及海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析。

巡檢機(jī)器人測(cè)溫方案流程如圖1所示。巡檢機(jī)器人錄入開關(guān)室內(nèi)需要測(cè)溫的柜子和窗口，依據(jù)站內(nèi)開關(guān)柜空間位置，計(jì)算機(jī)器人行走路徑和檢測(cè)順序，結(jié)合紅外窗口定位標(biāo)點(diǎn)和機(jī)器人視覺分析功能，確定每個(gè)紅外窗口在開關(guān)柜上的位置和測(cè)量角度，自動(dòng)生成高壓開關(guān)柜溫度巡檢方案。

圖1 巡檢機(jī)器人測(cè)溫方案流程圖

巡檢機(jī)器人紅外攝像頭透過紅外測(cè)溫窗口對(duì)內(nèi)部進(jìn)行紅外熱成像測(cè)溫，每個(gè)窗口內(nèi)部節(jié)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)自動(dòng)匹配數(shù)據(jù)庫(kù)地址保存，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)編程方法開發(fā)高級(jí)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析以及關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)分析，得出高壓開關(guān)柜溫度巡檢結(jié)果，以及相關(guān)溫升曲線圖，所見即所得。

高壓開關(guān)柜加裝紅外測(cè)溫窗口結(jié)合變電站現(xiàn)有巡檢機(jī)器人開展測(cè)溫的方法，可以高頻次、高可靠性地對(duì)高壓開關(guān)柜柜內(nèi)電氣設(shè)備和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無損檢測(cè)，結(jié)合算法應(yīng)用，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行潛在安全隱患和故障，大大提高運(yùn)行可靠性。

4 試驗(yàn)結(jié)果

為驗(yàn)證高壓開關(guān)柜加裝紅外測(cè)溫窗口結(jié)合變電站現(xiàn)有巡檢機(jī)器人開展測(cè)溫方法的有效性，保山供電局在其所轄典型110kV變電站內(nèi)開展試點(diǎn)應(yīng)用。通過在35kV和10KV開關(guān)柜上加裝50個(gè)紅外測(cè)溫窗口，結(jié)合巡檢機(jī)器人開展為期一個(gè)月的溫度巡檢試驗(yàn)，為驗(yàn)證本文方法的優(yōu)勢(shì)，同步進(jìn)行人工巡檢測(cè)溫并記錄。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用如圖2，試運(yùn)行數(shù)據(jù)及其對(duì)比如圖3所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)試點(diǎn)應(yīng)用

圖3 傳統(tǒng)人工方法與本文方法巡檢結(jié)果對(duì)比

由圖中表格數(shù)據(jù)可知，紅外測(cè)溫窗口結(jié)合巡檢機(jī)器人開展測(cè)溫方法的巡檢頻次和數(shù)據(jù)量增加15倍，緊急檢測(cè)反應(yīng)時(shí)間和單開關(guān)柜檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)縮短為1/6，最重要的是通過高效數(shù)據(jù)采集和分析發(fā)現(xiàn)2個(gè)一般缺陷，整體優(yōu)勢(shì)非常明顯。

5 結(jié)語

高壓開關(guān)柜加裝紅外測(cè)溫窗口結(jié)合變電站現(xiàn)有巡檢機(jī)器人開展測(cè)溫方法為未來高壓開關(guān)柜柜內(nèi)溫度巡檢測(cè)溫和分析提供一個(gè)新的思路和解決方案，通過實(shí)踐驗(yàn)證，該方法實(shí)用、先進(jìn)、效率高、效果好，值得有效借鑒和廣泛推廣應(yīng)用。