紅外測溫技術(shù)在GIS故障診斷中的應(yīng)用探究

艾艷榮 劉潔 汪亞芬

摘 要：傳統(tǒng)的人工故障診斷方法效率低，反應(yīng)速度慢，診斷的準確性也較低，不利于及時發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備中可能或者已經(jīng) 發(fā)生的故障。紅外測溫技術(shù)則可以彌補人工故障診斷方法的不足，大大提高故障診斷的效率和準確性。本文首先分析了紅外測溫技術(shù)的工作原理，并介紹了GIS故障診斷中常用的紅外測溫技術(shù)，最后闡述了紅外測溫技術(shù)在GIS設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：紅外測溫技術(shù) GIS故障診斷 應(yīng)用

中圖分類號：O434.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（c）-0029-02

紅外測溫技術(shù)相對于傳統(tǒng)的故障診斷技術(shù)具有明顯的優(yōu)點，主要包括不會停電、不需要取樣、不需要接觸設(shè)備等，這使得紅外測溫技術(shù)在GIS故障診斷中應(yīng)用十分廣泛?，F(xiàn)階段，紅外測溫技術(shù)的發(fā)展逐漸成熟，故障診斷的精確度不斷提高，已成為診斷GIS設(shè)備發(fā)熱型故障的重要手段。

1 紅外測溫技術(shù)原理

自然界中存在的物體只要其溫度超過絕對零度就會產(chǎn)生紅外線，這主要緣于紅外線輻射的本源就是熱輻射，紅外線向外輻射的程度主要由物體的溫度決定，運用紅外線探測器收集GIS設(shè)備向外傳播的紅外線，然后將這些紅外線轉(zhuǎn)換為電信號，從而對GIS設(shè)備的溫度進行實時的監(jiān)督測量。針對GIS設(shè)備的紅外測溫故障診斷技術(shù)的本質(zhì)就是測量設(shè)備向外傳播的紅外線信號，從而估量GIS設(shè)備的表面溫度，以此來判斷GIS設(shè)備的運行是否正常。紅外測溫技術(shù)系統(tǒng)主要由4個部分組成，分別是紅外線投射鏡頭、紅外線測量儀、信號處理設(shè)備及顯示屏。

影響紅外線測溫技術(shù)準確度的主要因素是測量的距離和視角。在對GIS設(shè)備運用紅外線技術(shù)測量溫度時應(yīng)盡可能保持在合理的測量范圍內(nèi)，測量角度以GIS裝備表面的法線方向。如果不對收集到的信息進行修正算法處理，那么測量溫度時允許的最大視角變化幅度為±30°，如果測量視角超出這個范圍就會使得測量數(shù)據(jù)遠遠偏離真實數(shù)值，而且測量視角角度越大，測量值和實際值之間的差距就越大。

2 紅外測溫技術(shù)種類

2.1 溫度閾值法

現(xiàn)階段，對GIS設(shè)備故障進行監(jiān)測時主要運用的就是溫度閾值法，即對設(shè)備的正常運行設(shè)定一個溫度變化范圍，一旦設(shè)備的溫度超出設(shè)定的變化范圍就認為設(shè)備發(fā)生了故障。這種測溫技術(shù)的缺點在于設(shè)備的類型多種多樣，判斷設(shè)備是否正常運行的關(guān)鍵點也并不是單一的，這使得單一閾值法不能有效地判斷設(shè)備是否正常運行，同時，設(shè)備出現(xiàn)故障通常都會經(jīng)歷一個由量變向質(zhì)變的轉(zhuǎn)化過程，單純地將設(shè)備狀態(tài)劃分為正常與故障也是不科學(xué)的。

2.2 相對溫差法

這種方法是首先確定一個參照體，然后使用同一個測溫儀器同時測量設(shè)備及參照體的溫度，最后計算二者的溫度差值，根據(jù)溫度差值的大小判斷設(shè)備是否存在缺陷以及缺陷性質(zhì)。

2.3 同類比較法

同類比較法的基本原理是在同一個電氣回路中，當三相設(shè)備類似同時三相電流對稱時，對比分析三相電流引發(fā)發(fā)熱型設(shè)備的相應(yīng)位置的溫度上升幅度，從而分析設(shè)備的運行是否出現(xiàn)故障。當三相設(shè)備同時發(fā)生異常，就可以與同一個回路中的類似設(shè)備進行對比分析，這種判斷方法的優(yōu)勢在于可以剔除承載量及設(shè)備所處環(huán)境溫度對故障診斷結(jié)果的干擾，主要被用于判斷類型相似設(shè)備是否出現(xiàn)故障。這種方法的不足之處是在相似設(shè)備中，假若沒有用于對比的對象，那么這種方法的應(yīng)用就會受到某種程度的約束。

2.4 人工智能診斷法

人工智能診斷法可以很好地彌補閾值法的不足缺陷，常用的方法包括模糊診斷法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。模糊診斷法參考設(shè)備故障可能造成的影響及危害程度，將GIS設(shè)備故障劃分為不同的級別，包括正常狀態(tài)、普通故障及嚴重故障等。在正常狀態(tài)下，設(shè)備的溫度有所上升，然而，設(shè)備并未出現(xiàn)故障，此時的設(shè)備依然能夠正常運轉(zhuǎn)。在普通故障中，設(shè)備的溫度上升不會對設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生較大的影響，設(shè)備可以繼續(xù)使用。在嚴重故障狀態(tài)下，設(shè)備的溫度明顯升高，假若繼續(xù)使用設(shè)備會引發(fā)較大的危害，對于此類設(shè)備需要馬上停止使用進行檢查維修。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的獨特之處在于其具有并行處理、非線性映射、自我適應(yīng)能力等特點，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)開發(fā)的設(shè)備故障方法有貝葉斯正則化反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，這些方法在設(shè)備故障診斷方面取得了較好的成績。

3 紅外測溫技術(shù)在GIS故障診斷中的應(yīng)用

3.1 紅外測溫技術(shù)在GIS內(nèi)部故障診斷中的應(yīng)用

引發(fā)GIS內(nèi)部故障的誘因通常有內(nèi)部導(dǎo)體的連接不良（比如，螺栓沒有按規(guī)定的力矩安裝固定、觸指彈簧的壓力較低等）、斷路器或者隔離開關(guān)合閘沒有到位、GIS設(shè)備內(nèi)部的絕緣器件受潮或者使用時間過長等。

對GIS內(nèi)部故障的診斷主要是通過分析GIS設(shè)施外表溫度分布場及溫度的變動趨勢來完成的。GIS發(fā)生內(nèi)部故障時其熱分布圖的特點包括以下3點。

（1）GIS發(fā)生內(nèi)部故障時的熱源主要來自于導(dǎo)體連接處、斷路器及隔離開關(guān)觸頭聯(lián)合處等位置。

（2）GIS內(nèi)部故障會引起熱流由底部向上部的轉(zhuǎn)移，這使得設(shè)備的頂端溫度要顯著高于底端的溫度，對于水平狀的GIS設(shè)備，熱分布表現(xiàn)為設(shè)備的頂端溫度最高，周圍的溫度逐漸降低。

（3）GIS內(nèi)部故障的熱輻射范疇通常相對較大，在GIS設(shè)備上主要體現(xiàn)為在較大的范圍內(nèi)存在熱特征圖像。

3.2 紅外測溫技術(shù)在GIS外部故障診斷中的應(yīng)用

GIS設(shè)備外部接地模式主要有兩種，分別是分段絕緣和全鏈多點接地?？紤]到后者產(chǎn)生的外表漏磁程度低、感應(yīng)要求的電壓水平低等優(yōu)勢，多點接地方式的安全性要明顯優(yōu)于一點接地方法。為此，現(xiàn)階段運用的GIS設(shè)備大多都是運用多點接地方法，不過這種接地方法也有不足之處，即會受到較為明顯的電磁感應(yīng)影響，因而會引發(fā)大規(guī)模的環(huán)流，環(huán)流值通常會達到設(shè)備內(nèi)導(dǎo)體電流值的70%～90%。造成GIS設(shè)備溫度上升的原因主要包括GIS設(shè)備的接地點接觸不良、法蘭面間接觸不良、法蘭面用于固定作用的螺栓力矩沒有達到標準要求等。盡管GIS設(shè)備環(huán)流導(dǎo)致的外表溫度上升并不會對設(shè)備的正常運行產(chǎn)生直接影響，但是，假若GIS設(shè)備長時間在高溫環(huán)境中運行就會使得GIS絕緣器件的正常使用時間大大縮短，同時還會導(dǎo)致密封器件提前報廢，密封的效果大大減弱，從而引發(fā)氣體泄露。從上文的分析可以發(fā)現(xiàn)，GIS設(shè)備的環(huán)流而引起的法蘭等位置溫度上升需要提起高度重視，在判斷故障時需要參考設(shè)備接頭類紅外熱像判斷準則。

GIS設(shè)備發(fā)生外部故障時的熱分布特征主要體現(xiàn)為以下3點。

（1）熱源主要來自于GIS設(shè)備外表多點接地同時三相分箱的裝備中，溫度上升的位置主要集中于導(dǎo)流排連接面、法蘭面用于安裝螺栓的部位等。

（2）GIS設(shè)備外部故障引起的熱輻射范圍相對較小，溫度上升的位置較為集中突出，溫度上升十分明顯，在監(jiān)測時很容易就能發(fā)現(xiàn)。

（3）溫度上升和GIS設(shè)備的承載量之間存在著顯著的正向關(guān)聯(lián)性，即設(shè)備的承載量越大，溫度上升幅度越大。

4 結(jié)語

隨著紅外測溫技術(shù)及測溫儀器的不斷完善，紅外測溫技術(shù)在GIS設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用越來越廣泛，而且這種診斷技術(shù)抵抗電磁干擾的能力很強，不需要接觸具體的設(shè)備就可以遠程診斷，故障辨別能力強，這使得紅外測溫技術(shù)成為GIS設(shè)備故障診斷的常用方法。

參考文獻

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