紅外測溫技術在變電站中的應用

張德銘

摘要：電力設備故障一般是由于過流、過載、老化、接觸不良、漏電、設備內部缺陷或其它異常導致的，而上述故障一般都會伴有發熱異常等現象，通過對設備的溫度變化就能監控設備的運行狀態。本文主要論述了各類變電設備目前適合采取的三種有效測溫方法，解決目前變電站無人值守后人員緊缺、維管設備多等現狀。提高變電設備和電網的安全運行系數。

關鍵詞：接觸式溫度傳感器;手持式紅外成像測溫儀;遠程全視場紅外成像測溫;遙視

1引言

如何保證供電系統安全運行和保障電力設備時刻處于穩定良好的狀態，是電力管理的重點問題。電力設備故障一般是由于過流、過載、老化、接觸不良、漏電、設備內部缺陷或其它異常導致的，而上述故障一般都會伴有發熱異常等現象，通過對設備的溫度變化就能監控設備的運行狀態。

2紅外成像測溫技術介紹

在光譜圖中，波長2.0～1000μm之間的部分稱為熱紅外線。自然界中所有溫度在絕對零度（-273℃）以上的物體，都會不停地向外輻射熱紅外線。因此熱紅外線（或稱熱輻射）是自然界中存在最為廣泛的輻射。物體的熱輻射能量的大小，直接和物體表面的溫度相關。熱輻射的這個特點使人們可以利用它來對物體進行無接觸溫度測量和熱狀態分析，這就是紅外測溫技術的基本物理原理。紅外熱成像系統一般工作在中波紅外區域（波長3～5μm）或長波紅外區域（波長8～12μm）。通過探測物體發出的紅外輻射，將不可見的輻射圖像轉變為人眼可見的、清晰的圖像。

3常用測溫方法的對比分析

目前，變電設備測溫的方法主要有：接觸式溫度傳感器、紅外點溫儀、手持式紅外成像測溫儀、全視場紅外成像測溫系統，下面對這4種測溫方法的優缺點進行簡述。

（1）接觸式溫度傳感器測溫。將溫度傳感器與測溫目標緊密接觸，測溫結果采用有線或無線通信的方式發送給測控主機。

（2）紅外點溫儀。紅外點溫儀雖然采用的是紅外測溫技術，但使用的紅外傳感器是非成像的，因此盡管能夠進行非接觸測溫，但不能成像。

（3）手持式紅外成像測溫儀。手持式紅外成像儀是目前最普及的輸變電設備測溫方式，采用非制冷紅外焦平面作為溫度傳感器，具有非接觸成像測溫的顯著優點。

（4）遠程全視場紅外成像測溫與前3種測溫方法相比，具有多點同時測溫、無需人工操作、匯總、支持遠程遙視等優勢。

4各種測溫方法的技術特點

4.1接觸式溫度傳感器測溫

4.1.1系統由無線溫度傳感器、測溫通信終端（溫度顯示儀）、溫度監測預警工作站組成。

無線溫度傳感器由控制單元、無線傳輸單元及溫度測量三部分組成，主要安裝在容易發熱的地方（比如：電纜的終端頭連接處、變壓器與電纜的連接處，高壓開關的表面等）。無線溫度傳感器每隔一定時間（時間可調）自動發射一次溫度數據給溫度顯示儀，當發現溫度異常，立即報警，不受發射周期限制。

測溫通信終端主要用來顯示無線溫度傳感器發送來的溫度數據，并通過總線連接，把數據上傳到溫度監測工作站計算機，并響應管理軟件發出的各種命令。

溫度監測預警工作站從測溫通信終端采集各監測點的溫度數據并進行保存，實時顯示各監測點的溫度變化曲線，并進行分析，如果某一點超過預置溫度值則立即報警。還可以通過軟件調節測溫通信終端和無線溫度傳感器的溫度報警預置值，和測量時間（發射數據的時間）。另外還可以接入網絡進行WEB發布。

4.1.2沒有復雜的引線，完全絕緣，造價低廉。

4.1.3可安裝在封閉的柜體內，溫度儀無線的方式發出。

4.1.4可直接安裝到高壓觸點上測量運行溫度，通過無線方式傳輸溫度數據，完全絕緣，絕緣性能有保障。

4.2手持式紅外成像測溫儀

手持式紅外成像測溫儀可以成像，利用圖片分析發熱點，比較直觀，所有設備必須測試到位，進行對比分析，方能及時發現缺陷。以下是我工區所轄變電站發熱圖像：

4.2.1表面溫度判斷法

主要適用電流致熱型和電磁效應引起發熱的設備。根據測得的設備表面溫度值，對照《帶電設備紅外診斷應用規范》（DL/T664—2008）的有關規定，結合環境氣候條件、負荷大小進行分析判斷。

4.2.2同類比較判斷法

根據同組三相設備、同相設備之間及同類設備之間對應部位的溫差進行比較分析。對于電壓致熱型設備、電流致熱型設備，應結合《帶電設備紅外診斷應用規范》（DL/T664—2008）進行判斷。

4.2.3圖像特征判斷法

主要適用于電壓致熱型設備。根據同類設備的正常狀態和異常狀態的熱像圖，判斷設備是否正常。注意應盡量排除各種干擾因素對圖像的影響，必要時結合電氣試驗或化學分析的結果，進行綜合判斷。

4.2.4相對溫差判斷法

主要適用于電流致熱型設備。特別是對小負荷電流致熱型設備，采用相對溫差判斷法可降低小負荷缺陷的漏判率。

4.2.5缺點：設備運行時必須關閉柜門，而這時紅外測溫方式則不能透過金屬柜門測量內部溫度。

4.3遠程全視場紅外成像測溫

遠程全視場紅外成像測溫視頻監控系統可以定時定點對變電站自動進行數次溫度和圖像掃描，通過網絡實時將各點溫度、圖像上傳并存儲于監控主機，同時能夠在溫度越限后自動報警。

4.3.1相對差分測溫和絕對測溫相結合。系統采用相對差分測溫和絕對值測溫相結合的測溫算法，共同分析全視場內各節點的溫度變化情況。相對差分測溫是對同一測溫目標點前后兩個時刻的溫度值進行比較，分析其差值，若差值過大，則表示該目標點的性能發生了急劇的變化，值得高度重視，該方法有利于發現突發性故障，如過流等;絕對值測溫是對測溫目標點進行絕對溫度測量，若高于預先設定的允許閾值，則發出報警，絕對值測溫主要針對緩慢性發展的故障，如銹蝕等。

4.3.2具備全視場測溫能力。每個變電站里，需要測量的目標點大約有數百個之多。本系統具有全視場測溫能力，可以對鏡頭視場內的每一個像素點進行準確測溫，真正達到“能見即能測”。

4.3.3目標距離的自適應補償。測溫目標與紅外鏡頭之間的距離對測溫的準確度有較大的影響。手持式紅外測溫儀需要對每一個測量目標進行距離估計。系統采用了紅外雷達的一些技術，能夠自動對目標進行分析并對測溫準確度進行自適應補償，保證了大范圍內的目標測溫準確度。

4.3.4自動化程度高。系統無需人工干預和人工巡檢，在無人為操作的情況下，系統會自動記錄測溫目標正常運行情況及故障情況，且在被監控設施發生故障時會自動報警，真正實現了全程自動化。

5結語

變電設備如果能夠將三種方法組合應用，既提高了設備運行管理水平，又保證了電網安全優質供電。

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