基于無線傳輸技術的變電設備紅外測溫裝置研制

趙新語，吳胥陽，黃曉峰，王穎劍，張健聰

(國網(wǎng)金華供電公司，浙江 金華 321000)

溫度是衡量電氣設備是否正常運行的一項重要指標[1-2]。電網(wǎng)運行經(jīng)驗表明，導體間接觸不良、接地部位產(chǎn)生懸浮電位、金屬或絕緣部位的異常放電等都可能造成電氣設備的溫度異常[3-6]，進而引起絕緣材料的加速老化、金屬接頭粘連，還可能造成設備損壞并中斷電力供應，對經(jīng)濟產(chǎn)生嚴重損失及負面社會影響。因此，如何對電氣設備開展全方位的測溫工作、及時發(fā)現(xiàn)過熱隱患是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的關鍵因素之一。

目前電力系統(tǒng)基本采用紅外測溫技術實現(xiàn)設備的溫度監(jiān)測。紅外測溫具有非接觸、安全可靠、檢測速度快、判斷準確、操作方便等優(yōu)點[7-9]，是提前發(fā)現(xiàn)并診斷設備發(fā)熱的一種有效方式[10-15]。但在變電站實際應用過程中，部分設備的特殊部位(如變壓器套管末屏、變壓器低壓側套管接頭、開關柜母線橋等)被其他部件或設備遮擋，導致作業(yè)人員難以在地面上直接觀測到被遮擋部位的溫度，出現(xiàn)紅外測量盲區(qū)。實際工作中，往往需要借助升降機或人字梯等登高設備以避開遮擋物來完成測溫。

然而，這種方式不僅費時費力，還增加了工作人員高處墜落和觸電的風險。為此，有必要研發(fā)一套能夠安全高效地實現(xiàn)對設備盲區(qū)檢測的紅外測溫裝置，這對于及時發(fā)現(xiàn)過熱缺陷、提升工作效率以及避免安全事故(事件)的發(fā)生具有重大意義。

本文從測量盲點與安全風險的產(chǎn)生原因出發(fā)，研發(fā)了一種由智能紅外儀、可伸縮式絕緣桿、智能手持設備、智能小車以及無線傳輸技術相結合的新型紅外測溫裝置。

1 手持式紅外儀在實際應用中的不足

以測量主變高壓側傾斜式套管末屏溫度為例，當作業(yè)人員站在地面上對主變套管末屏進行紅外測溫時，由于主變散熱片等物體的遮擋，圖1中藍線以下區(qū)域無法直接觀測到主變套管末屏的溫度。如果作業(yè)人員通過向遠離主變方向移動以避開遮擋物，此時紅外儀與末屏距離將超過20 m，甚至更遠，所測溫度將會與其實際溫度相差較大。因此，作業(yè)人員在地面上無法直接使用傳統(tǒng)手持式紅外測溫儀測出類似主變套管末屏等位置的真實溫度。

為解決上述問題，需借助升降車或人字梯將工作人員送至藍線上方位置進行測量，如圖2所示。但是，該方法使作業(yè)人員與上方紅色帶電區(qū)域的距離減小，增加了作業(yè)人員觸電和高處墜落的風險。同時，升降設備的加入，不僅使現(xiàn)場測量時間大大延長，還需要增加額外的作業(yè)人員。

測量完成后，現(xiàn)有手持式紅外測溫儀所拍攝的照片，必須通過專用連接裝置與電腦等智能處理設備相連接，然后將照片導入并進行后續(xù)處理和分析，費時費力。

2 新型紅外測溫裝置的研制

2.1 新型紅外測溫裝置的研發(fā)思路

要解決測量盲區(qū)問題，需要紅外儀位于較高位置，避開高處墜落和觸電風險，還應避免測溫人員登高作業(yè)。因此，必須實現(xiàn)測溫人員與紅外儀的分離。

實現(xiàn)作業(yè)人員與紅外儀分離后，兩者之間仍然需要進行通信，以達到作業(yè)人員控制紅外儀完成測溫的目的。兩者通信可采用有線通信和無線通信，考慮到有線傳輸并不能徹底實現(xiàn)兩者的分離，作業(yè)人員仍有一定觸電風險，因此選用無線傳輸方式。

另外，由于遮擋物高度不同，要求紅外儀能處于不同高度位置，也就是要在垂直方向上下移動。這就要求紅外儀的支撐裝置必須具備可伸縮的調(diào)節(jié)功能，以便將紅外儀送至不同高度。綜合考慮裝置的安全問題，選用可伸縮式絕緣桿作為紅外儀的支撐裝置。

2.2 新型紅外測溫裝置的結構

針對手持式紅外儀在應用中的不足，考慮到功能性、智能性和安全性，設計的紅外測溫裝置主要包括伸縮式絕緣桿、智能紅外儀、智能手持設備、智能小車以及無線傳輸?shù)炔糠?。以主變傾斜式套管末屏溫度測量為例，基于無線傳輸技術的紅外測溫裝置的結構如圖3所示。

2.3 新型紅外測溫裝置的實現(xiàn)原理

根據(jù)電動推桿的工作原理，將原有絕緣桿的結構進行改造。通過電源控制絕緣桿自動伸縮，再利用固定裝置將伸縮式絕緣桿與紅外儀相結合，即可實現(xiàn)紅外儀在垂直方向上隨伸縮桿上下移動。

在解決盲區(qū)問題的同時，伸縮式絕緣桿的引入使紅外探頭與待測部位的距離減少，提升了紅外測溫的精準度。當選用220 kV絕緣桿時，能夠保證在220 kV及以下變電站內(nèi)，即使出現(xiàn)誤碰帶電部位，也能避免發(fā)生人身及設備事故(事件)，有效提升了紅外測溫工作的安全性。

伸縮式絕緣桿的工作電源由智能小車的內(nèi)置電源提供。絕緣桿的伸縮命令以及小車的移動命令均由智能手持設備上的紅外APP軟件發(fā)出。智能小車與智能手持設備之間采用紅外遙控方式，紅外APP軟件控制手持設備發(fā)射對應的紅外控制信號，智能小車接收到紅外信號并進行解碼，然后執(zhí)行相應指令，達到智能調(diào)節(jié)紅外儀的空間位置，迅速尋找到被測對象。

在常規(guī)紅外測溫儀的基礎上，加入無線通信模塊，構成智能紅外測溫儀。智能紅外儀利用無線發(fā)射模塊產(chǎn)生無線局域網(wǎng)，智能手持設備通過無線局域網(wǎng)的搜索與認證，實現(xiàn)與智能紅外儀的聯(lián)接。兩者之間的無線傳輸選用IEEE 802.11b協(xié)議，該協(xié)議采用2.4 GHz頻帶,最大數(shù)據(jù)傳輸速度可達11 Mb/s。

研究表明，變電站內(nèi)電磁干擾的頻帶一般小于2 GHz[16]，因此IEEE 802.11b協(xié)議能有效避免變電站內(nèi)信號的干擾，可保證拍攝圖像的數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠地傳輸?shù)街悄苁殖衷O備上。智能手持設備通過無線接收模塊接收數(shù)據(jù)后，通過安裝在智能手持設備上的紅外APP軟件將圖像實時顯示。當拍攝圖像不清晰時，可通過紅外APP軟件對智能紅外儀的焦距進行調(diào)節(jié)。

作業(yè)人員通過紅外APP軟件提供的點、線以及框等溫度分析功能，能快速實現(xiàn)對紅外過熱情況進行判斷，并可通過保存功能及時將紅外圖像保存在智能手持設備上。紅外圖像直接保存，省去了傳統(tǒng)的導入導出環(huán)節(jié)，且利用手持設備上的APP軟件可一鍵生成紅外檢測報告，提升了工作效率。

基于無線傳輸技術的變電設備紅外測量裝置的工作原理如圖4所示。

3 現(xiàn)場應用

自裝置研發(fā)成功以來，已累計在金華市110 kV及220 kV變電站帶電檢測作業(yè)中實施25次?，F(xiàn)場實踐表明，基于無線傳輸?shù)募t外測溫裝置能快捷、準確地發(fā)現(xiàn)設備隱蔽位置的發(fā)熱缺陷，有效提升了現(xiàn)場作業(yè)的安全性和高效性以及設備運行的穩(wěn)定性，社會經(jīng)濟效益突出，具有良好的應用前景和推廣意義。

在使用基于無線傳輸?shù)募t外測溫裝置對某110 kV變電站進行紅外測溫時，發(fā)現(xiàn)2號主變B相套管末屏存在過熱現(xiàn)象，熱點溫度達43.3 ℃，其紅外圖譜如圖5所示。

2號主變A相套管紅外圖譜如圖6所示，末屏位置溫度僅為39.8 ℃。對比可知，B相套管末屏存在過熱現(xiàn)象。初步懷疑，B相末屏可能存在由于接地不良引起放電，進而出現(xiàn)發(fā)熱情況。

檢修人員對B相套管末屏進行了停電處理，發(fā)現(xiàn)B相套管末屏接地不良，存在明顯放電現(xiàn)象，外表面發(fā)黑且破損嚴重，如圖7所示。檢修人員對該套管末屏進行了更換，復測無過熱現(xiàn)象。此次主變末屏發(fā)熱缺陷的成功消除，充分檢驗了裝置的實用性能，有效避免了過熱缺陷的進一步發(fā)展，保障了主變運行的可靠性。

4 結論

基于對手持式紅外儀在現(xiàn)場應用中存在問題的分析，提出了新型紅外測溫裝置的研發(fā)思路，詳細介紹了基于無線傳輸技術的變電設備紅外測溫裝置的結構、實現(xiàn)原理以及現(xiàn)場實際應用情況。

a.利用伸縮式絕緣桿的伸縮功能，實現(xiàn)紅外儀在垂直方向上的移動，達到繞開不同高度遮擋物的目的，消除了紅外測量中的盲點問題，提升了測量溫度的精準度。

b.基于絕緣桿、智能小車以及無線傳輸技術，實現(xiàn)了作業(yè)人員與紅外儀的分離，有效降低了觸電和高處墜落風險，保證了現(xiàn)場作業(yè)的本質(zhì)安全。

c.無需使用升降機或人字梯等登高設備，無需進行紅外照片的導出工作，并可一鍵生成紅外檢測報告，減少了現(xiàn)場工作人員的數(shù)量，節(jié)省使用登高設備以及后續(xù)處理報告的時間，提升了現(xiàn)場作業(yè)效率。

d.現(xiàn)場實踐表明，該裝置能準確發(fā)現(xiàn)變電設備隱蔽位置的過熱缺陷，有效保障設備的安全穩(wěn)定運行。