淺談紅外測溫技術在變電站運維中的應用

摘要：隨著中國經濟社會的發展，電網的建設規模也在日益擴大，與之相配套的變電所設施總量也在日益增加。由于變電所擁有的變壓器保護裝置逐漸加大，也產生了安全問題，所以針對變壓器保護裝置的檢測要求也提高。目前，通過將紅外測溫技術運用到對變電所運營中的變電設備監測中，就能夠將變電設備的缺點、異常及其故障情況更明顯的加以監控。該文中初次對紅外測溫的技術機理和重要性作出了闡述，并詳細分析了紅外測溫技術在變電運維應用技術分析，意在促并推廣紅外線測溫技術在變電所中的明顯運用。

關鍵詞：紅外測量技術；變電站運維；應用

1. 引言

由于市場經濟的蓬勃發展，人們對電能的要求也日益增多，而城市供電網絡規模和用電設備的總量也不斷擴大，致使城市電力系統中產生的網絡安全隱患也越來越多。變壓器作為電力系統的關鍵部分，如何安全、平穩的工作將直接影響到電能品質和穩定性，而紅外檢測溫度技術則可以在不接觸、不停電的狀況下直接檢測變壓器的工作狀況，為判別電力設備是否正常運行提出技術支持，是值得推廣的。

1. 紅外測溫技術的特點及應用條件

1.1紅外測溫技術的特點

工作中的輸變電機械設備由于電流熱效應產生了紅外線照射效應，從而在電氣設備表層形成了相應的高溫場，而紅外線測溫高溫技術則透過吸取這些自高溫場發出的紅外線照射熱能，并透過電流效應以及放大器和A/D轉換器等電子元件產生了明顯可讀的可見光圖象，該高新技術具備了檢測效果直觀和敏捷度高的優點，可以測量出電氣設備表層細微的發熱狀況改變，從而明顯反應出電氣設備內部的發熱狀況，因此可信度很高，對查出電氣設備隱患也十分有用。

1.2紅外測溫技術的應用條件

紅外測量溫度技術的主要運用是對正在工作的電氣設備進行非接觸式測量，并拍攝其溫度場的分布狀況，可明顯監測電壓致熱型電氣設備存在隱患(如高負載方式下出現的電線插頭、耐張線夾或并溝線夾等接線部分的過熱狀況)和電壓致熱型電氣設備存在隱患(如輸變電設備絕緣子發生的氧化腐蝕)。紅外線測溫的理想使用條件是低風速和低相對濕度的氣候環境，如果紅外線測溫在陰天或傍晚時進行，可以明顯減少周圍環境對檢測結果的影響程度。

2、紅外測溫的技術原理

紅外線測溫技術是一項安全技術，其主要以近紅外技術的工作原理為基礎，通過對變電站中的電氣設備進行溫度檢測，以便更好的臨測變電所中設備的工作狀況。紅外線測溫技術對在變電所中運行的電氣設備實施安全檢測，所采用的技術基本原理為，在一般情況下，物體都是由原子與分子所組成的，而其中原子與分子在整個排列過程中都是遵循著特定的排列規律完成的，原子和分子的排列形態都有很多種，而每一個排列形態隨后都會產生一種化合物，這也同時就產生了不同的化合物。其實，所有原子和分母在物體中，都是處在高速度轉動的狀況，只不過它們在運動過程中并沒有規律性的，只是在某種規則中實現了高速度轉動。都會形成對應的熱能，而這些熱能就會向外形成射線，同時又被叫做熱輻射現象。而近紅外線測溫技術，則利用原子和分子在運動中所輻射產生的熱能對設備進行測量，因此能夠實現提高測量安全的目的，將紅外線測溫技術運用于變壓器管理運維中，其實也就是對變壓器中的變電裝置進行熱量監測，并對比檢測到的熱輻射能量與變電裝置的實際工作溫度，這樣才能判別變壓器管理運維中的變電裝置能否在正常狀況下工作。紅外線熱測量技術的主要實現流程為，先采集變電所運維中變電設備由于太陽被輻照所產生的熱能，然后利用紅外線檢測器、熱信號處理和其他的裝置進行熱傳輸，將所采集到的熱能變換為溫度控制信息，這樣一來就得以直接向變電所中的人員提供變電設備溫度控制的有關信息，并且還得以反應出所檢測的變電設備是不是處在正常的發熱狀況，以此實現了對變電設備溫度控制進行檢測的目的，從而才能正確的判定出本變電運行裝置中是不是有熱障礙問題的存在。

3、紅外測溫方法

3.1相對溫差

變電裝置在工作過程中所產生的熱能，一般可通過溫度測定的方式計量，或統計局部發熱部位的相對溫度，從而分析其是否具有過熱等異常情況，主要依據發熱點、參照體和正常相差的相對溫度差值，并按照其公式加以計量。在變電站設備中，部分設備的發熱點較為分散，難以"聚焦"在一起，可以通過溫度判斷的方法進行檢測，檢測時間主要選擇負荷晚峰時段，同時盡量避免日照，加大設備通流。

3.2同類比對

同類比對法，是對二個同型號的電壓生熱的發變電裝置運營狀態進行橫向比對，以比較其檢測點溫度差異，并通過電壓變化產生熱量、溫度上升情況可以做出對設備故障的診斷。參考可接受溫度升高或同類接受的溫度，如果同類溫度超出接受的溫度或升高高百分之三十以上，基本即可確定該變電裝置出現故障。在采用同類比對法進行檢測時，需要事先確定其檢測部位，可選擇任何時段進行檢測，保障變電設備的良好運行，進而維護整個變電站乃至電網的運行狀態。

3.3熱譜圖分析

熱譜圖分析，是將變電裝置在正常工作狀態與非正常運轉狀況下的熱譜圖加以對比，分析二者之間存在的差異，與此同時，熱譜圖分析法還可以對變電設備不同時期的紅外圖譜進行縱向比對，從中發現變電設備運行過程中的熱輻射能量變化規律，能夠對變電設備的內部故障進行準確的判斷。根據歷史圖譜，對正常和變異圖像加以劃分，以便于進行比較，增加對變電裝置故障診斷的準確度。根據設備的發熱趨勢，采取明顯的運維措施，明顯預防故障的發生。

4、紅外測溫技術在變電運維應用上的發展必要性

變電站運維中的一個重要工作就是設備巡檢工作，巡檢時不但要發現各種存在的安全隱患，而且還要隨時檢查設備的工作狀況中有沒有異常。而傳統的設備巡檢工作一般都是采取目測、手摸和耳聽三個方法，來確認和評估電力設備的工作狀況，其中目測是三個方式中較為普遍的一個，但是目測方法較大的缺失也就是局限性，對部分開拓性缺失無法明顯檢測出，比如過熱的電力設備，初始過熱時很難看出，而且通常設備只有過熱到了一定程度后才看到，但通常此時設備都已發生了不同程度的損傷，這也就使發現和處理電氣設備的缺失時產生了延誤。盡管隨著科學技術的發展，注油裝置數量越來越少，漏油現象也愈來愈小，但設備的異常情況問題還是嚴重，據有關部門]的統計資料表明，異常發熱設備問題占了裝置總體故障的1.05%以上。但耳聽和手觸方式對明顯裝置都是不適用的，因為有些裝置操作十分復雜，而且具有一定危險性，所以一般不建議用手觸方法，基于此需要一個比較明顯的解決辦法。

5、紅外測量技術在變壓器運行保護工作中的運用

5.1紅外熱像儀

20世紀60時，將熱像科技應用于非軍事應用領域，誕生了民用的紅外線熱像儀一，成為較穩的溫度儀表逐步被各個產業所廣泛使用。20世紀90時末，法國AGEMA企業將非制冷熱像儀投放市場，此后美國的FLUKE公司也隨之進駐，從此紅外線熱像儀高速蓬勃發。隨著紅外線熱像儀的問世，克服了傳統電工上接頭對帶電環境溫度測試困難的問題，同時具備了便攜式、非接觸式等優勢，能直接查看環境溫度分布，并且很快地就被廣泛應用在電氣設備操作維修等巡檢應用領域和電路研究、新材料開發等工程研究方面。21世紀初，由于熱像科技的蓬勃發展，一些熱像儀廠家發布了適應于長時間網絡監控與聯網監測的紅外熱像儀，熱像科技已開始往傳感器方面蓬勃發展，紅外熱像儀，能夠對重要設施和高壓危險地區二十四小時進行監控，并與其它電子設備實現連接，共同組成了監控網絡系統以進行大規模聯網，隨后也已開始被廣泛使用于在變電站的監測、消防、安防等領域技術方面，自2010年后，國際市場上發現的熱像科技也已開始與移動網絡結合，將紅外熱像儀科技與智能手機結合，利用了智能型手機的高便捷性和強可操作性，以及快速增長的大數據處理能力和移動互聯功能，使得紅外熱像儀的操控更加簡便，檢測溫度功能也更為強勁。而手機式熱像儀對快速云存儲和數據共享也變得更為方便，使得紅外熱像儀科技由原來孤立的儀表和感應器，迅速發展成了大數據處理的熱像采集終端，從而大大拓展了熱像的使用空間。隨著熱像科技的普及，民用紅外熱像儀也在逐步地由工業生產、領域進入到家庭消費范疇，而怎樣使紅外熱像儀更普遍地使用，成為熱像領城及創新企業所需要重視的問題。紅外測溫技術在變電運行維修工作中的廣泛運用，不僅大大提高了變電運行維修系統的工作效率，還減少了很多人工作業時間，使檢測人員的工作壓力大為降低，同時紅外線測溫技術還能明顯反饋發輸變配電系統中存在的問題，使系統能繼續明顯地正常工作。在變電運行維修系統中運用紅外線測溫技術，要重視的就是維護人員人身安全，要保證正在實施紅外線測溫作業人員的生命安全，同時還要嚴格遵照有關技術規范實施，并做好對工作的監督檢查，在安全距離外測溫，不得使人身肢體部分和紅外線檢測裝置進入安全距離內，以免作業人員的生命財產遭受嚴重傷害。需要在大風、陰雨、干旱等的氣候條件下對輸變電設施進行檢測，并避免在雨、霧、雷、熱潮濕的氣候下對戶外輸變電設施進行檢測。

5.2電流致熱性缺失檢測

在從事變壓器運行維修的過程中，由于電力設備的類型很多，而這些電氣設備的條件和狀況都不盡相同，所以造成設備的發熱原因也有所不同。但是，對于不同的電氣設備檢測需要使用不同的檢查措施，而產生高電流密度致熱性缺失的原因，通常有按觸不足、電線縱向直徑不符合使用要求等因素，因此檢驗技術人員在開展對這類缺失的檢查工作時，可以先通過紅外線熱象儀測定環境溫度，以降低理論知識測量值與實際數據間的誤差，或將測得數據與理論值加以對比，以求是否出現問題，從而判斷是否需要對電氣設備加以檢測。

紅外線測溫技術一旦運用于變壓器運維中，能夠明顯監控變壓器裝置的工作狀況，這對于變壓器裝置的安全保護具有很大意義。在變電所的日常工作狀態中，為確保變電設施的安全、平穩地工作，通常都會進行一個檢查工作，也就是變電所中的人員需在每一時階段都需要對變電設施進行監視檢查，在這個工作狀況下，才能夠及時發現變電站在正常工作流程中的變電設備所出現的問題后，要及時對其出現的故障進行監測與檢修，一旦使用了紅外線測溫技術，則不管變電所中的變電裝置是在設置隔離開關。而紅外線測溫技術不僅僅能夠測量隔離開關外熱，還能夠測量變電裝置在工作過程中所形成的發夾非正常過熱現象，而發夾過熱一般是由于變電裝置中的執行線路，與該線的相接觸部位而形成的這種過熱狀況。另外，減振彈簧墊塊在被氧化后，還會出現發線夾松動的現狀，這將會給變壓器線路的調節和運轉造成危害，同時也會威脅著變壓器正常運轉的安全性問題。而墊塊和線路夾在碰撞過程中時會使阻力增加，從而使變壓器機械設備的加熱狀態產生了反常，假如變壓器機械設備在安裝過程中并不能安放合乎標準的墊片，又或是機械設備在裝配時并未進行了嚴格的保護措施，這就會使線路上線夾的松動存在現象發生，而該線上一旦發生了松動則變壓器機械設備的加熱狀態就會發生了失常，甚至無法在正常狀態下工作。

6、安科瑞AcrelCloud-1000變電所運維云平臺

6.1概述

基于互聯網＋、大數據、移動通訊等技術開發的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態和參數、室內環境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現場設備或環境視頻場景等需求，實現數據一個中心，集中存儲、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收報警，并完成有關設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

6.2應用場所

適用于電信、金融、交通、能源、衛生、文體、教育科研、農林水利、商業服務、公用事業等行業變配電運行維護系統的新建、擴建和改建。

6.3系統結構

系統可分為四層：即感知層、傳輸層、應用層和展示層。

感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監測裝置、攝像頭、開關量采集裝置等。除攝像頭外，其它設備通過RS485總線接入現場智能網關RS485端口。

傳輸層：包含現場智能網關和交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過交換機把數據上傳至服務器端口，網絡故障時數據可存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

應用層：包含應用服務器和數據庫服務器，若變電所數量小于30個則應用服務器和數據庫服務器可以合一配置。服務器需要具備固定IP地址，以接收各智能網關主動傳送過來的數據。

展示層：用戶通過手機、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺信息。

6.4系統功能

6.4.1用能月報

用能月報支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號等查詢所管理站所的用電量，查詢跨度可設置為月。

6.4.2站點監測

站點監測包括概況、運行狀態、當日事件記錄、當日逐時用電曲線、用電概況。

6.4.3變壓器狀態

變壓器狀態支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態數據，支持按負荷率、功率等升、降序排名。

6.4.4運維

運維展示當前用戶管理的有關變電所在地圖上位置及總量信息。

6.4.5配電圖

配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的開關狀態、電流等運行狀態及信息，支持電壓、電流、功率等詳細運行參數查詢。

6.4.6視頻監控

視頻監控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

6.4.7電力運行報表

電力運行報表顯示選定站所選定設備各回路采集間隔運行參數和電能抄表的實時值及平均值行統計。

6.4.8報警信息

對平臺所有報警信息進行分析。

6.4.9任務管理

任務管理頁面可以發布巡檢或消缺任務，查看巡檢或消缺任務的狀態和完成情況，可以點擊查看任務查看具體的巡檢信息。

6.4.10用戶報告

用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進行統計分析，并列出在該周期內巡檢時發現的各類缺失及處理情況。

6.4.11APP監測

電力運維手機支持“監控系統"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"、“缺失記錄"、“文檔管理"和“用戶報告"七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環比、電能質量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報告、文檔管理等。

6.5系統硬件配置

7、安科瑞Acrel-2000T無線測溫解決方案

7.1系統結構

溫度在線監測系統結構圖

7.2系統功能

測溫系統主機Acrel-2000T安裝于值班監控室，可以遠程監視系統內所有開關設備運行溫度狀態。系統具有以下主要功能：

1. 溫度顯示：顯示配電系統內每個測溫點的實時值，也可實現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

1. 溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

1. 運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數據。

1. 實時告警：系統能夠對各測溫點異常溫度發出告警。系統具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時提醒值班人員。

1. 歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析等。

7.3系統硬件配置

 溫度在線監測系統主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網關以及站控層的測溫系統主機組成，實現變配電系統關鍵電氣部位的溫度在線監測。

8、結語

紅外線測溫技術伴隨現代電子信息技術的發展日趨*，已逐步與輸變電設備的明顯管理運維戰略相結合，利用紅外測量科技可以開拓管理運維思路，創造更靈活明顯的管理運維策略，為了滿足輸變電設備安穩運營條件以及時代發展的需要，通過利用紅外測量科技直接對輸變電設備進行測量，從而實現了非接觸式檢測，彰顯了遇測科技的理念，其敏捷度高、覆蓋范圍大、應用范圍廣的優點已經很好地運用在了對電氣設備整個生命周期控制的發展思路中，與對電氣設備風險控制原則和管理運維的前沿理念相適應，采用紅外線測溫科技的輸變電設備管理運維方式與方法，在未來將會產生更加大的優勢。

參考文獻

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