探究紅外測溫技術在220kV變電運行中的應用

孔艷清 侯秀麗

摘 要：隨著我國社會主義市場經濟的飛速發展，我國各行各業的發展都得到了極大的提升，電力行業也不例外，在電力行業升壓站及其他高壓設備出現故障時，故障部位會伴隨表現出熱狀態異常現象，而紅外故障檢測可實現對被測物體的表面溫度變化情況以及熱量分布的實時獲取，可對高壓設備進行實時檢測，同時紅外熱成像技術具有非接觸式紅外診斷的特點，使得紅外熱成像技術在應用于高壓電氣設備熱故障檢測時具有更高效、更方便、更準確的優點。因此紅外成像技術在電力系統得到廣泛使用，現場運維人員是否能夠準確判斷變壓器運行狀態，對變壓器狀態檢修策略的制定有著重要意義。

關鍵詞：紅外測溫技術;220kV變電運行;應用

引言

現有測溫系統主要涉及到紅外測溫系統和光纖測溫系統，紅外測溫系統即在人工巡查測溫過程中，紅外測溫儀的使用較為普遍，雖然使用較為靈活，但是成本較高，精準度不高，實時監測效果不是很理想，且一旦遇到遮擋物，紅外線便無法穿過，同時會受到周圍磁場的影響，導致紅外測溫儀的應用范圍較低。由于開關柜的空間有限，不適宜安裝紅外測溫探頭，原因是探頭安裝后需要與周圍的物體保持一定的距離，易受周圍環境的干擾，導致測溫的精度受到影響。光纖測溫系統是這些年在國內外高壓測量研究中，對光纖技術的研究與應用比較廣泛，光纖技術可以實現在線測量，得到電量參數。光纖傳輸系統在實際應用中，主要是由于其具有耐腐蝕、絕緣強度高等特點，且體積較小，適應于高電壓測量，所以有良好的應用效果。光纖式溫度測溫主要的信號來源是光纖信號，在帶電物體的表面安裝溫度傳感頭，光纖是連接測溫儀與溫度傳感器的方式。分布式光纖測溫、熒光光纖測溫、光纖光柵等是光纖測溫的主要方式，其中優勢最為明顯的是熒光光纖測溫，不僅便于安裝，而且使用壽命較長，可以實現多路多點的溫度監測，尤其是在大規模的溫度點監測中，適用效果更明顯。在測量期間精準度與分辨率較高。傳感量檢測及傳輸均為光信號，不僅在不同的環境中有良好的適用性，還不會受到電磁干擾的影響。在安裝期間由于體積小，所以安裝較為方便與簡單;使用期間既無需電池或者交流取電，又不受現有環境限制，所以維護簡單，經濟可靠性高。

1電網變電運行特點

電網變電運行特點主要涉及到以下幾個方面具體內容：電力系統工作流程較為復雜，在電力系統運行過程中，只有科學制定變電控制措施、變電管理措施，才能保證變電系統平穩運行與供電用電效率。現階段，我國電網變電運行特點可以歸納為：（1）復雜性。電網變電運行電力系統設備較為復雜，設備具有不同功能，維護難度相對較大、故障發生概率相對較高。（2）枯燥性。電網變電運行工作較為枯燥，重復工作內容相對較多，可能會讓工作人員產生疲倦感。（3）難度大。在變電運行過程中，變電站設備分布較廣，難以進行集中管理，與此同時，因不同設備運維方法存在差異，對運維管理人員技術能力要求相對較高。

2紅外測量原理

根據斯蒂芬-波爾茲曼定律，可進行輻射溫度測量。由輻射溫度測量法做成的數字傳感器。被測物體的輻射線經光學系統聚焦在光電轉換系統（一般由人造黑體、熱電堆等組成）上之后，產生電信號，再經過放大、濾波、A/D轉換、數據處理后輸出溫度數字信號。該測量方法以黑體輻射作為基準來標定，知道被測物的ε值后，就可由斯蒂芬-波爾茲曼定律及ε的定義來求出被測物的溫度。假定被測物體（灰體）輻射的總能量全部被黑體所吸收，則它們的總能量相等。

3電力設備發熱原因分析

電力設備發熱原因主要從以下方面進行分析：在電力系統實際運行中造成設備接頭發熱引發電氣火災，發現其原因并不是單一的。機械強度下降：銅、鋁、螺栓、彈簧、彈墊會產生慢性退火變軟，喪失機械強度，導致變形和破壞。絕緣性能降低：絕緣材料的使用壽命在估算時，“八度規則”經驗規律是較為有效的手段之一。當溫度上升8℃時，壽命就會下降一半。諧波形成的影響：由于產生大量諧波的用電設備不斷增加，諧波會在并聯電容器的大量使用下放大，使得諧波造成的危害加重。由于諧波的頻率較高，使導線的集膚效應加重，因此銅損急劇增加，非線性負荷的負荷電流可能增加到線性負荷的50%，使得導體發熱。現場其他因素：例如在檢修期間，如果檢修工藝使用不合理，也會影響電力設備的正常運行。這類問題有母線在安裝與加工等過程中，對母線接觸表面的處理不合理，有不光滑、不平整等問題的出現，從而造成有效接觸面積減少，接觸電阻增大而發熱。過負荷、短路引起溫升是比較常見的，但是其他原因則經常被人們忽視。負荷大小并不是影響接觸不良和諧波的主要因素。也就是說，開關的質量再好，當負荷容量達到相關的條件后，也會出現溫升超標的情況;溫升的上升同樣也會受到接觸不良等問題的影響。所以造成溫升問題的因素有很多，不止負荷大一個原因。溫升所帶來的影響一般有絕緣擊穿等急性故障，也有絕緣性能下降等慢性故障。電氣設備的健康狀態也會受到溫度和絕緣的影響。所以在規避電氣事故發生時，溫升狀況的掌握是十分有效的。

4紅外測溫技術在220kV變電運行中的應用

4.1數據采集層

紅外測溫技術在220kV變電運行中的應用之一是數據采集層。系統采用分層、分布、分散式結構，該系統采用三級架構：數據采集層（由無線測溫采集終端和無線主機接收裝置組成）、網絡傳輸層和數據管理層（控制中心主站）。數據采集層設備負責數據采集，通訊層通過網絡傳輸方式將數據傳輸到數據管理層，數據管理層實現站級協調、優化控制和當地監測功能。同時實現與遠方調度中心的通信。分層、分布、分散式的系統具有明顯的優點，提高了系統可靠性，任一部分設備有故障時，只影響局部;站內甚至沒有二次電纜，節省了投資，也簡化了施工與維護。

4.25G通信模塊設計

紅外測溫技術在220kV變電運行中的應用之三是5G通信模塊設計。5G圖像信息傳輸部分由發送模塊和接收模塊構成，發送模塊與前端紅外熱成像部分STM32相連，接收模塊是支持5G通訊的設備。圖像處理模塊將圖像信息進行濾波、平滑、校正后交給發送模塊，利用高速率、低時延的5G網絡傳給智能手機APP管理系統或者在線傳給PC端互聯網監控云平臺。在5G通信模塊的支持下，在線監測的紅外傳感器可實現24小時不間斷監控，及時發現疑似患者，通過移動網絡上傳至云端。后臺通過云端訪問設備、控制設備進行人臉識別，比對數據庫，精準查找疑似患者的詳細信息。為了減少現場布線，提高紅外攝像儀安裝的便捷性，在獨立工作模式下，采用7.2V～8.4V鋰電作為電源，供多場景使用。

結語

綜上可知，紅外熱檢測技術可有效、及時地發現高壓設備故障，運維人員對紅外測溫熟練掌握可及時發現潛伏性故障，有效提高電力行業設備可靠性。判斷設備缺陷要結合電壓致熱性與電流致熱性缺陷進行判斷。

參考文獻：

[1]郭銘基.于紅外成像技術的變電站電氣設備熱故障診斷研究[D].阜新：遼寧工程技術大學，2019.

[2]賀如月，李云紅，李禹萱，賈凱莉，何琛，王剛毅.紅外熱像儀的電力系統電氣設備在線監測研[J].單片機與嵌入式系統應用，2019，19（3）：28-32，35.

[3]宿軍，王勁松，李延風，劉斯堯.紅外熱像儀性能參數檢測系統校正方法研究[J].長春理工大學學報（自然科學版），2018，41（2）：80-82.

[4]李德剛.紅外診斷技術在電氣設備狀態檢測中的研究與應用[D].濟南：山東大學，2010.

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