紅外測(cè)溫技術(shù)在電力測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

吳曉松

（廣州科易光電技術(shù)有限公司，廣東廣州，510000）

0 前言

在通過(guò)紅外測(cè)溫技術(shù)進(jìn)行電力測(cè)控的過(guò)程中，相關(guān)單位與工作人員一定要對(duì)紅外輻射以及紅外測(cè)溫原理做到足夠重視，明確紅外測(cè)溫技術(shù)在電力測(cè)控系統(tǒng)中的主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。然后再以此為依據(jù)，根據(jù)電力測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行需求，對(duì)紅外測(cè)溫技術(shù)加以合理應(yīng)用，包括電力運(yùn)維巡視、隔離開(kāi)關(guān)發(fā)熱檢測(cè)、線夾發(fā)熱 檢測(cè)、電壓熱缺陷檢測(cè)等。通過(guò)這樣的方式，才可以讓紅外測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮，滿足電力測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)際工作需求，促進(jìn)電力行業(yè)在當(dāng)今時(shí)代中的良好發(fā)展。

1 紅外輻射與紅外測(cè)溫概述

1.1 紅外輻射

對(duì)于所有物體而言，只要其原子、分子發(fā)生了不規(guī)則運(yùn)行情況，其原因都只有一種，即溫度超出了絕對(duì)溫度。在這樣的情況下，物體表面便會(huì)不斷有紅外線輻射。紅外線屬于一種人眼不可見(jiàn)的電磁波，其波長(zhǎng)在760nm-1mm之間。就整體而言，紅外線的波長(zhǎng)比微波的波長(zhǎng)小，比可見(jiàn)光的波長(zhǎng)大。對(duì)于紅外線的輻射波長(zhǎng)，可按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中，λ代表紅外線輻射波長(zhǎng)，其單位是cm；C代表紅外線速度，其取值與光速相同，約為3*1010cm/s；v代表光頻率，其單位是Hz。

1.2 紅外測(cè)溫原理

紅外測(cè)溫的最大優(yōu)勢(shì)是設(shè)備與被測(cè)點(diǎn)間接接觸以及不停電檢測(cè)。在通過(guò)紅外測(cè)溫技術(shù)進(jìn)行電力測(cè)控的過(guò)程中，通常需要將環(huán)境溫度參照體、溫差、溫升以及相對(duì)溫差等的相關(guān)概念加以應(yīng)用。其中，環(huán)境溫度參照物用T0表示，該物體可以體現(xiàn)出周邊的環(huán)境溫度，這個(gè)溫度雖不是當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度，但卻和被測(cè)物體所處的環(huán)境相同，可在對(duì)被測(cè)物體溫度測(cè)量中作為對(duì)照。溫升用TS表示，其單位是K，它是被測(cè)物體溫度和環(huán)境參照物在環(huán)境屬性相同時(shí)的差值，其計(jì)算公式如下：

其中，Tk1代表被測(cè)物體的表面溫度，其單位是K；Tk2代表環(huán)境溫度參照物的溫度，其單位是K。

溫差用Tc表示，其單位是K，它是同一個(gè)被測(cè)物體不同位置或不同被測(cè)物體之間存在的溫度差值，其計(jì)算公式如下：

其中，T1代表高溫點(diǎn)，其單位是K；T2代表低溫點(diǎn)，其單位是K。

相對(duì)溫差用δT表示，其計(jì)算公式為：

其中，t1與T1代表測(cè)溫位置的溫度差值以及溫度值；t2以及T2代表對(duì)稱(chēng)測(cè)溫位置的溫度差值以及溫度值。

而在通過(guò)紅外測(cè)溫技術(shù)進(jìn)行電力測(cè)控的過(guò)程中，首先是通過(guò)紅外測(cè)溫儀對(duì)各個(gè)設(shè)備的表面溫度進(jìn)行采集，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)大致發(fā)熱部位的確定；然后通過(guò)計(jì)算機(jī)和相關(guān)公式對(duì)獲取到的表面溫度進(jìn)行計(jì)算，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)缺陷性質(zhì)、位置極其嚴(yán)重程度的確定[1]。通過(guò)這樣的方式，便可為電力測(cè)控系統(tǒng)的自動(dòng)化故障隔離提供科學(xué)參考。

1.3 紅外測(cè)溫技術(shù)在電力測(cè)控系統(tǒng)中的主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在電力測(cè)控系統(tǒng)中，通過(guò)紅外測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用，可讓發(fā)熱設(shè)備的輻射圖像在顯示屏上清晰顯示，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)電力設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測(cè)和故障診斷。就目前的電力測(cè)控系統(tǒng)來(lái)看，紅外測(cè)溫技術(shù)的主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)包括以下幾個(gè)方面：第一是可隨意移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)全方位的電力設(shè)備監(jiān)測(cè)。第二是不需要接觸到電力設(shè)備便可進(jìn)行測(cè)溫，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)效率和準(zhǔn)確性的良好保障。第三是具有輻射特征，可在獨(dú)立工作的同時(shí)保障監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性。第四是所有的監(jiān)測(cè)結(jié)果都將以圖像的形式呈現(xiàn)在電力測(cè)控系統(tǒng)顯示屏上，并通過(guò)不同的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)電力測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，從而為電力運(yùn)維提供重要依據(jù)。第五是不科學(xué)評(píng)估各個(gè)電力設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，盡最大限度避免主觀因素對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響。

2 電力測(cè)控系統(tǒng)中的紅外測(cè)溫技術(shù)主要應(yīng)用方向

2.1 在電力運(yùn)維巡視中的應(yīng)用

在電力運(yùn)維工作中，日常巡視是一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容，良好的日常巡視不僅可讓電力設(shè)備運(yùn)行中的很多安全問(wèn)題被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，也可以使其得到全面的質(zhì)量監(jiān)督與安全隱患排查。在傳統(tǒng)的電力運(yùn)維巡視中，常用的方法有三種，包括目測(cè)、耳聽(tīng)以及觸摸。但是由于受到各方面因素的影響，加之檢修運(yùn)維人員的專(zhuān)業(yè)水平參差不齊，往往會(huì)讓一些隱蔽性的問(wèn)題得不到及時(shí)發(fā)現(xiàn)。久而久之，這些隱蔽性問(wèn)題便會(huì)發(fā)展成越來(lái)越大的安全隱患。而通過(guò)紅外測(cè)溫技術(shù)的合理應(yīng)用，便可有效避免上述問(wèn)題，通過(guò)設(shè)備表面溫度異常情況來(lái)準(zhǔn)確判斷其存在的缺陷，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)電力設(shè)備故障及其安全隱患的及時(shí)獲悉[2]。這樣的電力運(yùn)維巡視模式不僅可顯著降低運(yùn)維工作人員的工作量與作業(yè)強(qiáng)度，同時(shí)也可以讓很多人為巡檢難以發(fā)現(xiàn)的電力設(shè)備問(wèn)題得以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決。這對(duì)于電力運(yùn)維巡視效果的提升和電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行都具有非常好的保障作用。

2.2 在隔離開(kāi)關(guān)發(fā)熱檢測(cè)中的應(yīng)用

隔離開(kāi)關(guān)長(zhǎng)時(shí)間處在空氣環(huán)境下，在和空氣中的氧氣、水分接觸后，便會(huì)產(chǎn)生氧化反應(yīng)，使其中的一些重要部件氧化損壞，電流便無(wú)法在這些損壞的部件中流通，這樣的情況便會(huì)使隔離開(kāi)關(guān)出現(xiàn)電流發(fā)熱問(wèn)題。同時(shí)，由于隔離開(kāi)關(guān)是整個(gè)電力系統(tǒng)中操作次數(shù)最多的一個(gè)裝置，在長(zhǎng)期的操作之后，隔離開(kāi)關(guān)自身的靈敏度便會(huì)逐漸降低，刀口接觸面也會(huì)受到很多不均勻壓力的作用，這些情況都會(huì)使隔離開(kāi)關(guān)出現(xiàn)嚴(yán)重的表面溫升現(xiàn)象。除此之外，在初期進(jìn)行隔離開(kāi)關(guān)安裝的過(guò)程中，如果技術(shù)人員并未嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行安裝，便會(huì)為隔離開(kāi)關(guān)的后續(xù)應(yīng)用預(yù)留很多問(wèn)題，從而使其出現(xiàn)高溫甚至過(guò)熱現(xiàn)象。當(dāng)溫度上升到了一定程度后，隔離開(kāi)關(guān)便很容易損壞，甚至?xí)l(fā)電力火災(zāi)事故，對(duì)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重的不良影響。為有效避免上述問(wèn)題或事故的發(fā)生，具體運(yùn)維中，就需要通過(guò)紅外測(cè)溫技術(shù)對(duì)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行溫度檢測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)的溫度異常情況，使其得到及時(shí)處理。通過(guò)這樣的方式，才可以實(shí)現(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)發(fā)熱問(wèn)題的有效解決，在確保電力系統(tǒng)整體運(yùn)行效果的同時(shí)盡最大限度提升其安全性。

2.3 在線夾發(fā)熱檢測(cè)中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中，線夾發(fā)熱是的主要原因是導(dǎo)線運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或接觸不良。而無(wú)論是何種原因?qū)е碌木€夾發(fā)熱，都會(huì)對(duì)電路中的很多操作帶來(lái)不利影響，甚至為整體電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行預(yù)留重大隱患。為避免此類(lèi)情況的發(fā)生，便可通過(guò)紅外測(cè)溫技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)和分析線夾發(fā)熱輻射，以此來(lái)判斷其接觸狀態(tài)是否良好。與傳統(tǒng)的線夾監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，紅外測(cè)溫技術(shù)可以更加精準(zhǔn)地測(cè)量出線夾的具體溫度，并通過(guò)測(cè)量溫度與參考溫度之間的對(duì)比來(lái)判斷線夾發(fā)熱問(wèn)題的嚴(yán)重程度，以此來(lái)為電力測(cè)控系統(tǒng)的自動(dòng)隔離和異常提示發(fā)出等操作提供科學(xué)、準(zhǔn)確地參考[3]。通過(guò)這樣的方式，便可讓電力系統(tǒng)中的線夾發(fā)熱問(wèn)題得以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，避免線夾發(fā)熱所帶來(lái)的不良影響，讓電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量及其安全得到最大限度地保障。

2.4 在電壓致熱缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，電壓致熱缺陷的主要形成原因包括電力設(shè)備中的絕緣裝置出現(xiàn)異常、電流泄露以及電壓分布異常等。在通過(guò)傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行電力運(yùn)維檢測(cè)的過(guò)程中，通常并不能在電壓致熱缺陷的早期階段將其發(fā)現(xiàn)。在電壓致熱缺陷所導(dǎo)致的溫升情況被發(fā)現(xiàn)時(shí)，其溫度數(shù)值一般會(huì)較額定溫度上限高出30%以上，這樣的情況就意味著電力設(shè)備已經(jīng)存在了重大缺陷，并具有很大的安全隱患。為避免上述情況的產(chǎn)生，就需要將先進(jìn)的紅外測(cè)溫技術(shù)引入到電力測(cè)控系統(tǒng)中，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)電氣設(shè)備電壓致熱缺陷的及時(shí)診斷[4]。這對(duì)于電壓致熱缺陷的及時(shí)解決以及電力系統(tǒng)運(yùn)行效果的提升都將十分有利，讓設(shè)備質(zhì)量及其運(yùn)行安全得到最大限度地保障。

3 電力測(cè)控系統(tǒng)中的紅外測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

為實(shí)現(xiàn)紅外測(cè)溫技術(shù)的合理應(yīng)用，使其在電力測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮，本次特以某變電站的220KV刀閘發(fā)熱問(wèn)題為例，對(duì)電力測(cè)控系統(tǒng)中的紅外測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析，具體情況、檢測(cè)、分析與處理方式如下：

3.1 項(xiàng)目概況

本次所研究的某變電站投運(yùn)時(shí)間是2007年12月底，該變電站中的高壓設(shè)備有三個(gè)電壓等級(jí)，分別是220KV、110KV以及35KV。從投運(yùn)開(kāi)始，該變電站中的所有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)都良好，其母線主要通過(guò)兩條線路進(jìn)行雙電源供電，其中包括220KV的A線路供電以及220KV的A1線路供電。2022年5月6日，上級(jí)要求對(duì)A變電站中的220KVB段進(jìn)行全面的GIS檢修，檢修過(guò)程中，需要將220KVA2線路跨接到本次所研究的變電站中，為其進(jìn)行單電源供電。在此過(guò)程中，該變電站的電力運(yùn)維班組提前對(duì)具體的項(xiàng)目實(shí)施方案和保電方案進(jìn)行了編制與組織，安排在5月10日全面完成該變電站的巡視工作，并對(duì)220KV的A2線路間隔實(shí)施紅外測(cè)溫。在5月15日到6月6日期間，A變電站中的B段母線處于停電狀態(tài)，在此過(guò)程中，該變電站每天都進(jìn)行一次特巡工作，并對(duì)220KV的A2線路間隔實(shí)施紅外測(cè)溫。

3.2 紅外測(cè)溫技術(shù)檢測(cè)

按照電力運(yùn)維工作組所制定的項(xiàng)目實(shí)施方案和保電方案，運(yùn)維工作人員一直定期進(jìn)行線路特巡和紅外測(cè)溫操作。在5月26日14時(shí)的巡檢工作中，運(yùn)維工作人員在220KV的A2線路間隔紅外測(cè)溫時(shí)發(fā)現(xiàn)，其中的2#刀閘三相底座連接位置出現(xiàn)了發(fā)熱情況，其中的A相溫度測(cè)量值是79.5℃，B相溫度測(cè)量值是37.7℃，C相溫度測(cè)量值是38.3℃，而環(huán)境溫度參照體的溫度是26℃。表1為本次紅外測(cè)溫工作中的A2線路各個(gè)刀閘底座連接位置溫度測(cè)量數(shù)據(jù)。

表1 本次紅外測(cè)溫工作中的A2線路各個(gè)刀閘底座連接位置溫度測(cè)量數(shù)據(jù)

通過(guò)上述紅外測(cè)溫結(jié)果與分析可知，在220VA2線路中，2#刀閘的A相底座連接位置存在發(fā)熱情況。而通過(guò)紅外測(cè)溫技術(shù)進(jìn)行精確跟蹤測(cè)量之后發(fā)現(xiàn)，2#刀閘A相底座連接位置的發(fā)熱溫度基本在79.5℃保持穩(wěn)定。經(jīng)計(jì)算得出，發(fā)熱部位的相對(duì)溫差為78.7%，其熱圖像中的熱電溫差在15K以下，按照帶電設(shè)備紅外測(cè)溫方面的相關(guān)規(guī)定，該刀閘底座連接位置的發(fā)熱缺陷并不是十分嚴(yán)重，可判定為一般性缺陷。

3.3 缺陷分析與處理

為明確2#刀閘底座連接位置的熱缺陷原因，在A變電站中的B段母線停電之前，運(yùn)維工作人員特在5月10日14時(shí)對(duì)2#刀閘所在線路間隔短進(jìn)行了紅外測(cè)溫，經(jīng)紅外測(cè)溫結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在2#刀閘三相底座的連接位置，A相的溫度測(cè)量值是33.2℃，B相的溫度測(cè)量值是32.5℃，C相的溫度測(cè)量值是33.3℃，環(huán)境溫度參照體的溫度是25℃。通過(guò)測(cè)量結(jié)果可見(jiàn)，此時(shí)的2#刀閘A相底座連接位置的溫度正常。在A變電站中的B段母線停電之后，220KV的A2線路負(fù)荷從原來(lái)的158MW上升到了376MW。由此可初步判斷出，2#刀閘連接底座發(fā)熱的主要原因是線路負(fù)荷過(guò)大。因?yàn)樵撟冸娬驹贏變電站中的B段母線停電過(guò)程中主要通過(guò)220KV的A2線路進(jìn)行單電源供電，所以在具體處理中，針對(duì)該缺陷，并不適用于停電處理措施的實(shí)施?；诖耍撟冸娬具\(yùn)維組特將日負(fù)荷曲線作為依據(jù)，制定了以下的應(yīng)對(duì)方案：第一，對(duì)A2線路2#刀閘中的A相底座連接位置加強(qiáng)特巡工作，其特巡時(shí)間從原來(lái)的每日一次增加到每日六次，其中，第一次特巡時(shí)間定為每日3:00；第二次特巡時(shí)間定為每日7:00；第四次特巡時(shí)間定為每日11:00；第四次特巡時(shí)間定為每日15:00；第五次特巡時(shí)間定為每日19:00；第六次特巡時(shí)間定為每日23:00。第二，特巡過(guò)程中，主要采用紅外測(cè)溫技術(shù)來(lái)進(jìn)行該發(fā)熱位置的檢測(cè)，時(shí)時(shí)關(guān)注該位置具體的溫度變化情況，一旦發(fā)現(xiàn)該缺陷位置的溫度異常升高，由一般性缺陷轉(zhuǎn)變成了嚴(yán)重性缺陷，應(yīng)立即與調(diào)控中心進(jìn)行聯(lián)系，并通過(guò)降低負(fù)荷的方式來(lái)進(jìn)行處理，必要的情況下可實(shí)施停電處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

紅外測(cè)溫技術(shù)是當(dāng)今電力測(cè)控中的一種關(guān)鍵技術(shù)形式，通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，不僅可在不接觸被測(cè)設(shè)備的情況下實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行溫度的準(zhǔn)確獲取，同時(shí)也可以避免人為因素以及其他因素對(duì)電力設(shè)備運(yùn)維檢測(cè)的不良影響。基于此，電力單位與運(yùn)維工作人員一定要對(duì)此項(xiàng)技術(shù)加以合理應(yīng)用，以此來(lái)確保電力測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用效果，為電力系統(tǒng)故障和隱患的及時(shí)發(fā)現(xiàn)與及時(shí)解決提供科學(xué)依據(jù)，并進(jìn)一步促進(jìn)現(xiàn)代化電力行業(yè)的良好發(fā)展。