基于紅外測溫技術的GIS設備狀態評估方法探究

秦雄鵬 唐標

摘要：GIS設備因占地面積小，運行穩定，定檢維護周期較長等優點，在電力系統中被廣泛應用。通過對近幾年GIS設備缺陷情況得統計分析，發現GIS設備缺陷中發熱占了較大比重。分析GIS發熱缺陷產生原因，這些缺陷多由于外殼連接接觸不良，受空間電磁環境影響，早設備內部產生感應電壓，當現場電流回路時，在接觸電阻異常處產生高溫發熱。紅外測溫，作為現行輸變電設備狀態評估方法中，較為成熟的帶電檢測技術，已成為GIS設備診斷中重要的手段。但是基于紅外測溫技術的實現原理，以及GIS設備發熱缺陷產生機理特點，有必要對GIS設備的紅外測溫應用情況，包括測試方法、不同發熱原因圖譜特點以及測試影響因素等進行介紹。

關鍵詞：GIS設備，紅外線測溫技術，發熱，接觸不良

1、紅外線測溫技術的基本情況

自然界中，一切溫度超過絕對零度的物體都在不斷的周圍空間輻射紅外線。物體向外輻射紅外能量的大小及按照波長的分布情況與物體表面的溫度有著密切的關系。因此通過測量物體自身輻射紅外能量的大小，便能準確的表征處物體的表面溫度，這就是紅外測溫的所依照的客觀事實。

現行電力設備運行狀態所用的紅外檢測，其本質就對被試設備發射的紅外輻射能量進行檢測和顯示處理的過程。設備發射的紅外輻射功率經過大氣的傳輸和衰減后，由紅外測試設備的光學系統接收并聚焦在探測器上，在儀器的內部把目標輻射信號功率轉換成便于直接處理的電信號，經過放大，用二維圖像或者數字的形式顯示溫度值域信息。

2紅外測溫在GIS狀態診斷中的應用

2.1紅外測溫在GIS設備診斷中應用場景

根據GIS設備缺陷情況分析，設備外部發熱缺陷多是由于設備外殼環流引起?，F階段，GIS設備外部接地方式主要為兩種：分段絕緣和全鏈多點接地方式，基于運行方式和安全性考慮，多采用后者。當設備外殼連接處接觸不良，該種運行方式受到較為明顯的電磁感應作用，內部導體在外殼上產生感應電壓，形成回路后，產生環流，通常接近額定值70%-90%。當存在GIS電流過大、接地點接觸不良、法蘭面間有效接觸面積不足等情況是，就會引起發熱。設備內部發熱缺陷多為內部導體連接不良[6]（諸如螺栓未按規定力矩固定、觸指彈簧內殘留氣體未能順利排出）。GIS異常發熱會導致內部絕緣老化、密封部件老化等隱患。

2.2GIS設備紅外測溫時的圖譜特征

根據大量的GIS紅外測溫數據，從GIS設備外設溫度分布以及變化趨勢情況進行分析得出GIS發熱故障時的溫度測量規律：

內部發熱：（1）GIS內部發熱，熱源集中在導體連接處、斷路器以及隔離開關觸頭聯合處;（2）GIS內部故障通常會引起從下往上的熱流轉移，一般的，設備頂部溫度較其他部位偏高;（3）受設備結構影響，熱輻射范圍較大，測試出的熱力分布圖范圍較大。

外部發熱：（1）GIS外部發熱，熱源多集中于三相分箱的多點接地結構中，熱流上升位置在導流排以及法蘭安裝螺栓處較為明顯;（2）GIS外部發熱的輻射范圍較小，測試圖譜中溫度上升點特征明顯，便于測試時發現;（3）GIS設備溫度與載荷量呈正相關，容量越大溫度變化幅度越大。

3.影響 GIS設備紅外測溫結果的因素和改進措施

3.1影響 GIS設備紅外測溫結果的因素

根據GIS設備特殊的結構特點，在現有紅外測溫技術手段與試驗設備的條件下，存在以下因素影響測試結果：

（1）、金屬表面發射率。GIS設備內部為例提高絕緣性能，減小設備表面放電和局部放電，其內部金屬多經過拋光處理。因為金屬的發射率相對較低，尤其是拋光過的金屬（通常為銅、鋁）發射率僅為0.05，影響測量精度[2]。

（2）、SF6氣體吸收帶。GIS設備內部充滿SF6氣體，通常其內部導體熱輻射的紅外光要經過SF6氣體吸收帶才能本檢測儀收到信號。因SF6氣體對中心波長為10.55μm的紅外波段具有很強的吸收特性和輻射特性。信號衰減較為明顯，影響測試精度。

（3）、紅外測溫設備的參數要求。在前面的分析可知，GIS設備內呈高電壓、強電場、強磁場的特點，測試儀器參數會嚴重影響測試精度。

3.2 GIS設備紅外測溫結果影響因素的解決措施

針對上一節影響紅外測溫的影響因素，提出部分解決措施：

（1）針對金屬表面發射率低的情況，根據文獻[2]，采用在金屬觸座上開圓槽，在槽底嵌入SF6環境下具有高穩定化學性質且輻射率高的物質，從而幾天高發射率。此外，通過將熱圖在儀器自帶的溫度軟件上上使用多點區域發射率修正功能進行修改，從而獲得較為準確溫度數據。

（2）針對SF6氣體吸收的影響，因SF6氣體的光譜僅對特殊波段的吸收明顯的固有輻射特性，在開展GIS設備紅外測溫的時候，選取的溫度傳感器要盡可能避免對于吸收帶，優選工作波段6～10μm。此外，因紅外測溫過程中，只有紅外溫度傳感器的發射率與被測物體的發射率一致的時候才能正確顯示溫度，因此開GIS設備測溫的時候，紅外測溫的讀數是比實際值偏小的，因此測量的時候需要調低紅外發射率。

（3）針對高電壓、強電場、強磁場的運行特點，要求所使用的溫度傳感器要具備合適的溫度范圍、溫度分辨率、距離系數、響應時間以及穩定性。設備選取不合適，也會影響影響測試精度。

4.結語

基于紅外測溫技術的基本原理、GIS設備發熱缺陷產生機理以及結構特點，給出了常見的測溫圖譜特點。通過大量的數據分析，指出了影響GIS紅外測溫的影響因素以及響應解決措施。對于運行人員開展GIS設備開展紅外測溫提供參考。

參考文獻：

[1]、武勝斌，鄭研，陳志彬.基于紅外測溫技術的GIS導體溫度在線監測的方案[J].高壓電器，2009，45（4）：100-102

[2]從浩熹，李慶民等，.基于紅外傳感器的GIS隔離開關觸頭溫度在線監測技術研究[J].電力自動化設備，2014，34（3）：144-148

[3]魏翔，.氣體絕緣金屬封閉開關柜在線測溫系統設計[J].電工電氣，2010（1）：51-54

[4]師曉巖，查瑋，孫福等.UHV GIS內部溫度場的紅外熱診斷技術[J].高電壓技術，2007，33（6）：16-10

[5]陳仁剛，馮新巖，辜超，等.紅外測溫技術在GIS故障診斷中的應用[J].高壓電器，2015，51（9）：190-194

[6]艾艷榮，劉潔、汪亞芬 紅外測溫技術在GIS故障診斷中的應用探究，[J]動力與電氣工程，2018，39（06）：29-31

.