變電站智能機器人紅外測溫應用研究

張凱　劉穎超　王生璐　孫葉

【摘 要】隨著電力系統(tǒng)“三集五大”體系改革的深入，人員結構的集約化和電網(wǎng)的快速發(fā)展對于人工智能替代的需求越來越顯著，因此可用于替代變電站人工巡視的智能機器人巡檢系統(tǒng)得到了廣泛推廣。本文對智能巡檢機器人在變電站中工程的應用進行了研究，介紹了智能巡檢機器人的導航控制系統(tǒng)及其在某變電站中紅外測溫的應用。

【關鍵詞】變電站;智能巡檢機器人;導航控制系統(tǒng);紅外測溫

紅外測溫是在線監(jiān)測電氣設備的重要方法，其作為一種非接觸、無損檢測設備的綜合性科學技術，具有不停電、不接觸、不解體、大面積快速掃描以及被動式檢測等技術特點。所以使用紅外測溫對變電站設備進行檢測時，不僅完全不會影響變電站的正常運行，還能夠及時發(fā)現(xiàn)變電站設備溫度的異常，從而能夠及時避免變電站因設備故障出現(xiàn)非計劃停運的情況，體現(xiàn)了紅外測溫對變電站設備提前診斷的優(yōu)越性。1 紅外測溫技術的簡單概述

1.1 紅外測溫技術的定義

紅外測溫是指依據(jù)紅外線工作原理，測量變電站內(nèi)各設備的運行溫度的一種技術。當前，紅外測溫技術主要包含紅外診斷技術和紅外熱成像技術。紅外診斷技術不需要與物體接觸，能利用紅外線輻射，感知設備的工作狀態(tài)溫度。紅外熱成像技術，能利用紅外線輻射設備形成圖像，便于工作人員及時掌握故障設備位置，節(jié)省故障查找時間，提高工作效率。紅外熱成像技術能有效發(fā)現(xiàn)設備潛在故障，預防變電站設備故障進一步擴大，有效保障變電站的安全運行。

1.2 紅外測溫技術的特點

紅外線分為較遠紅外線、遠紅外線、中紅外線及近紅外線四個波段。紅外測溫技術中的紅外線是電磁輻射，具有滲透機械設備、檢測溫度、快速尋找故障點及節(jié)省時間等優(yōu)勢。紅外測溫技術具有以下特點：（1）在電氣設備運行中，紅外測溫技術能直接檢測出設備出現(xiàn)的異常紅外輻射，真實反映設備運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)潛在故障，避免電氣設備停運，提高了電力設備運行的可靠性;（2）測溫設備操作簡便，即使相應的檢測設備并未安裝，紅外測溫儀器也能夠準確發(fā)現(xiàn)電力設備的內(nèi)部故障，并圈定故障位置，反映真實故障情況，減少電力設備的故障發(fā)生幾率;（3）通過紅外測溫技術，相關人員可直接通過計算機查找紅外檢測數(shù)據(jù)，并保存數(shù)據(jù)信息。

2紅外測溫技術的應用方法

紅外測溫技術的應用方法主要分為以下三種：

2.1相對溫差判別方法

設備通過電流產(chǎn)生熱量，但當變電站電氣設備在運行過程中出現(xiàn)發(fā)熱異常狀況時，就可以采取紅外測溫技術進行溫度的測量。然后根據(jù)計算公式就變電站運行中電氣設備的異常發(fā)熱部位計算其相對溫差，最后將參照體、發(fā)熱點以及正常的相對溫度值代入這個計算公式中，從而得出準確的溫度值。但這種判別方法有一定的適用范圍，首先，適用于一些具有不容易聚焦熱點的變電設備;其次，為了減少太陽照射的干擾并保證變電設備具有較大的通流，紅外測溫常常在負荷晚峰期間進行。

2.2溫差比較法

同等級電壓下，可根據(jù)發(fā)熱的變電設備對應點上的溫度差異，判斷設備的運行狀況。對于那些由于電壓產(chǎn)生過多熱量造成電氣設備出現(xiàn)缺陷或故障的，應按照可以承受的溫度上升值或同類可以承受的溫差進行判別。我國變電系統(tǒng)規(guī)定，當變電設備的同類溫度超過可以承受的溫升值的30%時，就認為電氣設備出現(xiàn)故障。該種方法雖然不像第一種方法那樣對測量時段有要求，但卻需要提前確定所要測量電氣設備的部位。

2.3熱譜圖分析法

與第二種橫向對比方法相比，這種方法實質上就是一種縱向對比法。它主要分析變電設備的熱譜圖來掌握設備的發(fā)熱狀態(tài)，并與該設備異常狀態(tài)下的熱譜圖進行比較，從而判斷該設備是否處于故障狀態(tài)或是否出現(xiàn)缺陷。這種方法要求必須事先建立起相應的歷史熱譜圖，方便后續(xù)監(jiān)測工作的比較分析。

3變電站智能機器人紅外測溫應用策略

3.1用于檢修狀態(tài)

在變電設備的檢修過程中，由以往的變電檢修逐漸轉變?yōu)檩^常規(guī)的設備狀態(tài)查驗及檢修。該設備狀態(tài)檢修靈活性能很強，它可以減少日常的檢修項目，避免因斷電而給變電設備帶來干擾，不過這種狀態(tài)需提前判斷出所要檢測設備項目的體系配件狀態(tài)。正常情況下，在變電運維中的變電配件都具有電荷，因此，想要了解其內(nèi)部狀態(tài)則具有較大的難度。

狀態(tài)判斷和所要獲取設備的信息息息相關。在檢修狀態(tài)初始時，間接信息被包含在在線裝置中，如查看并檢驗所存在的故障記錄，也可以從中發(fā)現(xiàn)該變電設備所存在的缺陷。不過，這種檢修狀態(tài)也存在一定的漏洞。比如，在測查過程中要排設許多的弱點設備或者內(nèi)在強電設備。在考量絕緣狀態(tài)時，很難與其進行匹配，即使匹配成功，那么后續(xù)的一系列修護工作也很難進行。所記錄變電設備的某一缺陷只是反映該設備某一時段的運維狀態(tài)，并不能判斷出下一時段該設備的異常走向，而紅外測溫技術剛好彌補了這一缺陷漏洞。對于紅外測溫技術來說，它具有較為獨特的思路，變電運行設備發(fā)生故障大多發(fā)生于異常變熱，紅外測溫技術完全可以測定這一現(xiàn)狀。除此之外，測溫時所必備的圖譜可以很好的辨別每一時段的運維情況，可以作為輔助參考。

3.2排除常見事故

如果變電設備負荷過高，那么設備中每一層級的變電體系都將承載較大的負擔，在這種狀態(tài)下會導致突發(fā)故障。在紅外測溫技術的操作環(huán)節(jié)中，有一項設備故障篩查，它與設備查驗的效果及設備發(fā)生故障時的速率緊密相聯(lián)。在實際考量中可以得出，如果運用縱橫范圍的對比溫差，則可以辨別出該突發(fā)事故。比如，在定位相關數(shù)據(jù)時，可以獲取出以下這些結果：在某一發(fā)熱點中所測量的最高溫度已經(jīng)超過了五十四攝氏度，那么在其他對應節(jié)點中則測得四十二攝氏度或者二十四攝氏度這樣的溫度。從而就可以了解到，這些數(shù)據(jù)已經(jīng)被包含在設定好的故障區(qū)域內(nèi)。如果停止投運后，則會發(fā)現(xiàn)互感器銜接的線圈開始有受潮的現(xiàn)象發(fā)生，如果可以判斷出這些事故隱患，那么將會最大限度的控制變電事故的發(fā)生。

4變電站紅外測溫技術的發(fā)展趨勢

（1）對檢測結果進行標準化處理。變電站實際紅外測溫工作過程中，測量結果往往會受到太陽光輻射、大氣吸收/發(fā)射率、鄰近物體熱輻射、距離系數(shù)、氣候條件、設備負荷等因素的影響，從而誤差較大或不準確等。對檢測結果進行標準化處理，避免這些因素給測量帶來的干擾，可使得測量更具有真實性、可靠性。

（2）對檢測信息進行數(shù)字化處理。結合變電站紅外測溫技術的應用特點，將電氣設備實際生產(chǎn)運行過程中積累到的數(shù)據(jù)和實際經(jīng)驗匯總，建立理論模型，運用數(shù)學規(guī)律和計算機技術，集中進行數(shù)字化處理，從而形成更科學合理、更具有針對性的數(shù)據(jù)庫體系，用以高效指導實際工作。

（3）對檢測方法進行智能化研究。隨著科學技術的發(fā)展，網(wǎng)絡信息技術的發(fā)展也會達到一個新的高度，紅外測溫技術對電氣設備的檢測也將逐漸上升到智能化水平。如何進行智能化研究，提高紅外檢測技術的水準，不僅需要相關智能設備生產(chǎn)廠家致力于此，還需要一些適用于變電站運行狀況的智能軟件的開發(fā)和使用。

參考文獻：

[1]國內(nèi)首臺變電站設備巡檢機器人在山東投運[J].電力信息化.2016（01）

[2]國內(nèi)首臺變電站設備巡檢機器人在山東投運[J].現(xiàn)代電力.2015（06）

[3]變電站設備巡檢機器人系統(tǒng)[J].魯守銀.大眾用電.2016（05）

[4]國內(nèi)首臺變電站設備巡檢機器人山東投運[J].電氣應用.2015（11）

[5]變電站巡檢機器人關鍵技術分析[J].楊思捷.無線互聯(lián)科技.2019（01）