紅外測溫技術在220 kV 變電運行中的應用分析

唐 鍇

（國網天津市電力公司高壓分公司，天津 300000）

0 引 言

在當今的電力行業中，220 kV 變電站作為電力系統的重要組成部分，承擔著輸送和分配電能的關鍵任務。隨著經濟的快速發展和社會對電力需求的持續增長，確保變電站的穩定、可靠運行成為了電力系統管理的重中之重[1-3]。在此背景下，紅外測溫技術因其獨特的非接觸式測量優勢，成為提高變電站運行安全性和效率的重要工具[4-5]。紅外測溫技術能夠在不直接接觸設備的情況下迅速、準確地測量出設備的溫度，對于檢測和預防變電站設備的潛在故障至關重要。文章主要分析紅外測溫技術在220 kV 變電站運行中的應用，探討其在提高變電站運行安全性、工作效率以及準確性方面的優勢，旨在為基于紅外測溫技術促進變電站穩定運行和提升電力系統可靠性提供相關理論基礎。

1 紅外測溫技術

紅外測溫技術是一種基于紅外輻射原理進行溫度測量的方法，無須直接接觸被測對象即可準確測量其表面溫度。這種技術利用了所有物體都會根據其溫度發射紅外輻射能量的自然現象。紅外測溫設備可以檢測物體表面發出的紅外輻射強度，并將這些信息轉換成溫度讀數，迅速且準確地確定目標物體的溫度。這種測量方式不僅加快了測量速度，降低了操作人員的安全風險，還能實時監控和維護設備，極大地提高了工作效率和安全性。

2 應用優勢

2.1 提高運維安全性

紅外測溫技術顯著提高了220 kV 變電站運行和維護的安全性，主要體現在2 個方面。一方面，由于紅外測溫技術是一種非接觸式測量方法，操作人員可以在安全距離外檢測設備溫度，大大降低了由于接近高壓設備而發生的安全事故風險。另一方面，這種技術能夠實時監測變電站內部設備，及時發現設備過熱等潛在的安全隱患，從而在問題發展到更嚴重的程度之前采取預防措施。

2.2 提高運維工作效率

紅外測溫技術在提高220 kV 變電站運維工作效率方面具有顯著優勢。該技術通過非接觸式遠程測量方式，允許維護人員在不接觸設備的情況下快速準確地獲取設備表面的溫度數據。這種方法大幅度縮短了現場檢測的時間，使得維護團隊能夠在更短的時間內檢查更多的設備，顯著提高了工作效率。同時，由于紅外測溫技術可以實時監控設備狀態，維護團隊可以根據實時數據迅速做出反應，及時調整維護策略和計劃，避免長時間的設備停機和大規模的手動檢查工作。此外，紅外測溫技術的應用還減少了因設備故障導致的突發停電事件，能夠在問題變得嚴重之前發現潛在的故障點。這種預防性維護不僅提高了設備的運行效率，還減少了緊急修復設備所需的成本。

2.3 提高運維準確性

紅外測溫技術通過精確捕捉目標物體表面發射的紅外輻射能量，能夠提供非常精確的溫度讀數。紅外測溫技術能夠直接測量物體的表面溫度，不受周圍環境因素的影響，如空氣溫度或設備表面的反射光，因此具有較高的準確性。另外，現代紅外測溫設備通常配備有高級校準功能和先進的溫度補償算法，進一步提高了測量結果的準確性。準確的溫度測量對于變電站的安全運行尤為重要，可以確保及時檢測到過熱等潛在的設備故障，避免這些問題演變成更嚴重的安全事故。例如，通過準確監測變壓器和斷路器等關鍵設備的溫度，維護人員可以識別出由絕緣材料老化或連接松動等導致的異常熱點。

3 應用方向

3.1 在高危區域中應用

紅外測溫技術在這些高危區域的應用展現了其在預防和管理潛在風險中的重要作用。高危區域通常包括高壓設備、連接點、絕緣子以及變壓器等關鍵部件，這些區域若發生故障可能導致嚴重的安全事故，如電弧閃絡、設備過熱乃至火災。使用紅外測溫技術，運維人員能夠遠程監測這些高危部件的溫度，及時發現異常熱點，從而在問題惡化并導致設備損壞或人員傷害之前采取措施。這種技術能夠安全、準確地監測變電站內部難以接近或直接觀察區域的溫度，極大地提高了預防維護的效率。此外，紅外測溫技術的應用有助于優化維護計劃和資源分配。通過對高危區域的持續監測，可以更有針對性地安排維護活動，優先處理那些存在高溫異常的設備，避免不必要的全面檢查，從而節約資源并縮短維護導致的設備停機時間。

3.2 在故障預防中應用

通過對設備進行定期和連續的紅外溫度監測，該技術能夠及時發現設備的異常熱點，這些熱點往往是故障發生的前兆。例如，連接不良、絕緣材料退化或其他電氣組件故障都會在早期階段引起溫度異常。通過早期識別這些異常熱點，維護團隊可以在故障發展到影響變電站正常運行或安全之前進行干預，從而顯著降低嚴重故障的發生率。

3.3 在發熱和溫度檢測中的應用

在220 kV 變電站的日常運營中，紅外測溫技術在檢測故障方面發揮著關鍵作用。例如，在檢測斷路器觸頭發熱、絕緣子異常加熱以及變流器溫度異常等情況時，此技術顯得尤為重要。斷路器觸頭如果因電阻增大而阻礙了電流的正常流動，其熱量就會相應增加。通常這種電阻的增大是由觸頭表面氧化或腐蝕造成的。通過運用紅外測溫技術進行定向的溫度檢測，可以迅速識別出斷路器觸頭的溫度異常，及時進行修復，有效避免設備損壞或運行故障。同樣，絕緣子的異常加熱和變流器的溫度異常也能通過紅外技術提前發現，從而在問題惡化之前進行干預，確保變電站的安全和穩定運行。另外，紅外測溫技術在輔助診斷變流器等關鍵設備的故障中起到了不可或缺的作用，進一步強化了變電站的運維和故障處理能力。

4 具體應用案例

2023 年12 月8 日，在執行對220 kV 某變電站一次設備的紅外精確測溫作業期間，觀察到某刀閘A相底座連接部位呈現明顯的發熱現象。通過進一步的紅外測量，變電站運維人員記錄到刀閘三相底座連接部位的溫度為：A 相79.4 ℃，遠高于B 相的37.4 ℃和C 相的38.2 ℃，而當時的環境參考體溫度為26 ℃。刀閘A 相底座連接處的發熱問題不容忽視，暗示著可能存在電氣接觸不良或其他潛在故障，需要立即采取進一步的診斷和維修措施，以確保變電站的安全穩定運行。圖1 展示了紅外測溫圖。

圖1 紅外測溫圖

得到測溫結果后，運維人員基于相對溫差判斷法分析設備狀況。相對溫差判斷法是一種在紅外測溫領域常用的診斷技術，適用于檢測電氣接觸不良、絕緣損壞或其他故障而導致的局部過熱問題。這種方法的適用前提是，測量點的溫度升幅必須超過10 ℃，核心步驟是計算關聯對稱物體不同部位的溫度差異，并將該溫度差除以最高溫點的溫升。相對溫差判斷法所得結果以百分比形式表示，具體計算公式為

式中：δt表示相對溫差；T0表示參照物體的絕對溫度值；T1和T2分別表示測溫處的絕對溫度值與對稱測溫處的絕對溫度值。將實際數據代入式（1）得δt為78.7%。

若連接部位的絕對溫差不超過15 ℃或相對溫差大于35%且小于80%，則該情況會歸類為一般性缺陷，因此實例中的缺陷被判定為一般性缺陷[6]。通過對其他相鄰刀閘進行紅外測溫對比和監控站臺數據得知，故障發生的原因是變電站某母線停電后導致該線路所帶負荷過大。為解決相關問題，運維人員基于日負荷曲線的分析，計劃增加該線路刀閘A 相底座連接處的專項巡檢頻率，從每天1 次提升至每天6 次，具體巡檢時間如表1 所示。一旦在紅外測溫過程中探測到缺陷有向嚴重缺陷演變的趨勢，將立刻與調度控制中心聯系，請求降低電網負荷或采取停電措施。

表1 專項巡檢時間安排表

經過一段時間的特巡發現，缺陷點的溫度和負荷數據隨時間變化存在一定的規律性，以其中一天為例，變化曲線如圖2 所示。

圖2 數據變化圖

由圖2 顯示，故障點的溫度變化與其承擔的負荷存在正相關關系。因此，運維中心提出在進行特巡時，應特別留意上午11:00 左右負荷達到高峰時段的缺陷點溫度狀況。如果發現缺陷加劇，應立刻向調度控制中心報告，以便采取相應措施。從該實例可知，變電站的運維人員可以基于紅外測溫技術及時檢測故障，同時根據檢測結果擬定有效的運維策略，證實了紅外測溫技術在220 kV 變電站運行中的實際應用價值。

5 結 論

文章圍繞紅外測溫技術在220 kV 變電運行中的應用展開深入分析，首先簡要介紹紅外測溫技術，其次闡述其應用優勢和應用方向，最后詳細講述關于紅外測溫技術的具體應用案例，包括故障的檢測和運維方案的制定。本研究旨在進一步促進紅外測溫技術在220 kV 變電站中的廣泛應用，以提高變電站的運維效率和保障電力系統的安全性。