基于熱成像技術(shù)的非接觸式柜內(nèi)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

龍東川，雷霆，鐘力強(qiáng)，王柯

(1.長沙理工大學(xué) 電氣與信息學(xué)院，湖南 長沙 410114； 2.南方電網(wǎng)電力科技股份有限公司，廣東 廣州 510080)

開關(guān)柜、匯控柜等電力屏柜是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，在變電站、換流站中被廣泛應(yīng)用，屏柜內(nèi)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)直接影響著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。柜內(nèi)電氣設(shè)備因氧化、松動、接觸不良等原因?qū)е伦柚翟龃?，從而增加了損耗并引起發(fā)熱。發(fā)熱是柜內(nèi)設(shè)備的常見缺陷，特別是在大電流的情況下，容易導(dǎo)致設(shè)備溫升異常，甚至出現(xiàn)局部過熱的現(xiàn)象[1-4]。設(shè)備發(fā)熱的情況如果不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，會釀成難以挽回的后果。例如某變電站10 kV側(cè)C相電纜在長期運(yùn)行中，電效應(yīng)與熱效應(yīng)使得電纜頭絕緣劣化，最終形成C相電纜單相接地故障，導(dǎo)致母線失壓及部分設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞[5]。某10 kV開關(guān)柜隔離插頭接觸不良，開關(guān)長期滿負(fù)荷運(yùn)行，觸頭發(fā)熱引起梅花觸頭彈簧失去彈性，最終導(dǎo)致相間短路，開關(guān)柜大部分設(shè)備損壞，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[6]。因此，對電氣屏柜中可能發(fā)生缺陷故障的設(shè)備或部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測十分必要，在發(fā)生故障之前進(jìn)行修護(hù)、替換，謹(jǐn)防發(fā)生嚴(yán)重事故。

隨著電力系統(tǒng)的要求越來越高，電氣屏柜內(nèi)電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)也在不斷更新。2017年周文文等人基于無線測溫法，在柜內(nèi)關(guān)鍵位置安裝溫度傳感器，通過2.4 G無線通信技術(shù)接收溫度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測[7]。雖然能夠解決在線監(jiān)測的要求，但是該類測量設(shè)備只能停電安裝，而且附加的傳感器也會破壞電氣設(shè)備原有的結(jié)構(gòu)和電場強(qiáng)度分布，進(jìn)而影響設(shè)備的絕緣性能與運(yùn)行穩(wěn)定性。2015年廖志軍等人基于光纖光柵傳感技術(shù)，將整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)分為感知層、傳輸解調(diào)層、監(jiān)控層，開發(fā)上位機(jī)監(jiān)測軟件對開關(guān)柜進(jìn)行溫度監(jiān)測[8]。但是光纖光柵傳感器成本高，布線難度較大，會影響開關(guān)柜系統(tǒng)的絕緣性能[9]，且無法準(zhǔn)確定位具體測溫點(diǎn)[10]。2021年姚震基于紅外技術(shù)，研究了開關(guān)柜電氣接頭溫度監(jiān)測系統(tǒng)，通過在電氣接頭裝設(shè)紅外傳感器，將溫度場轉(zhuǎn)換成紅外圖像，通過監(jiān)測平臺對圖像進(jìn)行處理分析，最終判別監(jiān)測點(diǎn)是否存在電氣接頭過熱故障[11]。該系統(tǒng)采用非接觸式的測量方式，具有無需更改柜內(nèi)結(jié)構(gòu)，使用安全性高，對設(shè)備的電場強(qiáng)度分布沒有影響，無需停電安裝等優(yōu)點(diǎn)[12-14]，但是該系統(tǒng)局限于點(diǎn)對點(diǎn)監(jiān)測，不利于新增或刪除監(jiān)測位置，監(jiān)測平臺接收所有紅外傳感器的紅外圖像并進(jìn)行處理分析易造成信息堵塞，且僅僅將熱點(diǎn)溫度作為缺陷狀態(tài)的唯一判據(jù)，很可能導(dǎo)致缺陷預(yù)警不及時(shí)，造成嚴(yán)重事故。

目前電氣屏柜內(nèi)電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)仍存在許多不足之處，基于站內(nèi)龐大的需要監(jiān)測的設(shè)備數(shù)量，電氣屏柜中電氣設(shè)備測溫規(guī)則需要自定義修改、新增、刪除，并且做到由點(diǎn)到面的實(shí)時(shí)監(jiān)測，避免裝設(shè)大量的傳感器設(shè)備。然后根據(jù)靈活的測溫規(guī)則，研究相應(yīng)的溫度診斷判據(jù)，保證缺陷狀態(tài)判定的及時(shí)性。因此，本文提出基于熱成像技術(shù)的非接觸式柜內(nèi)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。紅外熱成像技術(shù)是紅外測溫技術(shù)的延伸，是一種優(yōu)良的非接觸式監(jiān)測方式，其探測能力強(qiáng)，克服了點(diǎn)對點(diǎn)測溫的缺點(diǎn)，不受電磁干擾，能夠?qū)崿F(xiàn)7 d全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控，通過采集紅外圖像的溫度矩陣進(jìn)行判定。本文基于紅外熱成像技術(shù)，建立設(shè)備臺賬樹與紅外設(shè)備、臺賬樹與測溫規(guī)則的多重映射關(guān)系，臺賬樹包含站內(nèi)所有開關(guān)柜柜內(nèi)重要電氣設(shè)備；根據(jù)電氣設(shè)備材料自動設(shè)定反射率，結(jié)合三重溫度診斷法，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對面輻射；在不影響開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的前提下，準(zhǔn)確監(jiān)測電氣屏柜中各個(gè)關(guān)鍵部位[15]。該系統(tǒng)在某500 kV換流站進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，根據(jù)換流站電氣屏柜內(nèi)設(shè)備的實(shí)際情況建立臺賬樹，設(shè)置重要電氣設(shè)備的測溫規(guī)則，系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)置周期巡檢或主動巡檢整個(gè)站內(nèi)的柜內(nèi)電氣設(shè)備，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)監(jiān)測精度高，溫度預(yù)警準(zhǔn)確，操作簡單有效。

1 非接觸式柜內(nèi)設(shè)備紅外監(jiān)測系統(tǒng)理論

1.1 紅外熱成像技術(shù)原理

在自然界中，任何物體只要溫度高于絕對零度，其每時(shí)每刻都會輻射紅外線，其為波長0.78～1 000 μm的電磁波，為判別各種被測目標(biāo)的溫度高低和熱分布場提供客觀基礎(chǔ)。紅外熱成像技術(shù)以黑體輻射3大定律為基礎(chǔ)，其中普朗克黑體輻射定律認(rèn)為在任意溫度T下，從1個(gè)黑體中發(fā)射出的電磁輻射的輻射力I(λ,T)(單位時(shí)間、單位頻率下單位立體角所對應(yīng)的輻射行進(jìn)截面積輻射的能量)與輻射光波波長、溫度的關(guān)系式為

(1)

式中：λ為輻射光波波長，單位m；T為黑體溫度，單位K；K1=3.741 9×10-16W·m2，為第1輻射常數(shù)；K2=1.438 8×10-2W·K，為第2輻射常數(shù)。

斯特藩-玻爾茲曼定律對黑體表面各點(diǎn)的輻射譜強(qiáng)度應(yīng)用普朗克黑體輻射定律，在輻射進(jìn)入的半球形空間表面對所有可能的輻射頻率進(jìn)行積分，得到黑體表面單位面積在單位時(shí)間內(nèi)電磁輻射的輻射力

(2)

式中：σ=5.670 373(21)×10-8W·m2·K-4，為斯特藩-玻爾茲曼常數(shù)；c為光速；h為普朗克常數(shù)，取值6.626×10-34J·s；k為玻爾茲曼常數(shù)，取值1.38×10-23J/K。從而得出結(jié)論，黑體輻射的總能量與波長無關(guān)，僅與溫度有關(guān)。

同樣溫度下，相較于實(shí)際物體，黑體發(fā)射熱輻射的能力最強(qiáng)。實(shí)際物體因能吸收、反射、透射電磁輻射，其表面的發(fā)射能力低于同溫度下的黑體。實(shí)際物體的發(fā)射能力用發(fā)射率ε(表征實(shí)際物體表面單位面積在單位時(shí)間內(nèi)電磁輻射的輻射力)來評估，可以得到實(shí)際物體輻射力I與溫度之間的關(guān)系為

I=εIT=εσT4.

(3)

實(shí)際物體的發(fā)射率對紅外測溫的準(zhǔn)確性影響頗大，根據(jù)研究，發(fā)射率只與物體本身有關(guān)，即

ε=f(x,y,z) .

(4)

式中：x為物質(zhì)種類；y為表面狀況；z為表面溫度。

以上公式只針對方向和光譜相對平均的情況，在本研究中，柜內(nèi)設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)的檢測光譜范圍為8～14 μm，且反射角在0°～40°，方向和光譜變化不大，因此本研究適用上述理論。本文建議的材料發(fā)射率參考值見表1。

表1 不同類型材料發(fā)射率參考值Tab.1 Reference values of emissivity of different materials

1.2 紅外熱成像技術(shù)框架

目前使用最多的是非致冷焦平面紅外熱成像技術(shù)，該技術(shù)由光學(xué)系統(tǒng)、光譜濾波、光電紅外探測器陣列、輸入電路、輸出電路、視頻圖像處理等組成，如圖1所示。

圖1 熱成像結(jié)構(gòu)Fig.1 Thermal imaging structure

光學(xué)系統(tǒng)接受被測目標(biāo)的紅外輻射，經(jīng)光譜濾波將紅外輻射的能量分布圖形反映到焦平面上的紅外探測器陣列的各光敏元上，探測器再將紅外輻射能量轉(zhuǎn)換成電信號，并放大注入到讀出電路，以便進(jìn)行多路傳輸。高密度、多功能的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)多路傳輸器的讀出電路能夠執(zhí)行稠密的線陣和面陣紅外焦平面陣列信號積分、傳輸、處理和掃描輸出，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，以送入微機(jī)進(jìn)行視頻圖像處理，最終顯示紅外熱像圖。

1.3 三重溫度診斷法

根據(jù)電流、電壓制熱型設(shè)備缺陷診斷判據(jù)[16]，基于電氣屏柜內(nèi)電氣設(shè)備的不同，設(shè)置測溫閾值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)缺陷診斷。基于相對溫差診斷法提出針對電氣屏柜內(nèi)設(shè)備的三重溫度診斷法，該方法以用戶設(shè)置的溫差、相對溫差和熱點(diǎn)溫度3部分閾值條件以及測溫域的測溫規(guī)則為基礎(chǔ)，測溫域由用戶自定義繪制，最多繪制3個(gè)測溫域，每個(gè)測溫域都有熱點(diǎn)溫度、最高溫度和最低溫度。溫差是不同域之間的最大溫差，相對溫差是不同域之間的最大相對溫差，相對溫差

δt=(τ1-τ2)/τ1=(Q1-Q2)/(Q1-Q0).

(5)

式中：τ1和Q1分別為發(fā)熱點(diǎn)的溫升與溫度；τ2和Q2分別為正常對應(yīng)點(diǎn)的溫升和溫度；Q0為被測設(shè)備區(qū)域的環(huán)境溫度。

根據(jù)專家判定與歷史數(shù)據(jù)驗(yàn)證電氣設(shè)備缺陷狀態(tài)，包括正常狀態(tài)、一般缺陷、嚴(yán)重缺陷、緊急缺陷4種。對于電流互感器而言，δt≥35%、Qmax≤55 ℃為一般缺陷，δt≥80%、Qmax≤80 ℃或55 ℃≤Qmax≤80 ℃為嚴(yán)重缺陷，δt≥95%、Qmax>55 ℃或Qmax≥80 ℃為緊急缺陷，其中Qmax為最高熱點(diǎn)溫度。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的監(jiān)測系統(tǒng)主要包括測溫模塊、路由模塊、數(shù)據(jù)模塊、監(jiān)測模塊，其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。測溫模塊根據(jù)電氣屏柜內(nèi)的具體情況設(shè)置雙目卡片機(jī)個(gè)數(shù)(一般最多裝設(shè)4個(gè))，保證能夠映射出電氣屏柜內(nèi)所有重要電氣設(shè)備。路由模塊通過交換機(jī)匯總電氣屏柜中所有雙目卡片機(jī)的紅外圖像，經(jīng)數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行圖像解析并傳入到數(shù)據(jù)庫中。監(jiān)測中心為1臺CPU，根據(jù)設(shè)備臺賬樹獲取對應(yīng)的電氣屏柜和雙目卡片機(jī)的紅外圖像，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫中用戶自定義的測溫規(guī)則應(yīng)用三重溫度診斷法對設(shè)備臺賬樹上面所有葉子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，監(jiān)測中心配置詳盡的圖形界面程序。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)Fig.2 Hardware structure

2.2 硬件配置

電氣屏柜環(huán)境光線較暗，空間較窄，密閉環(huán)境不宜散熱，且柜內(nèi)電源接口較少。鑒于電氣屏柜的復(fù)雜現(xiàn)場環(huán)境，需要對紅外設(shè)備開展選型，選擇體積小、像素高、測溫精準(zhǔn)、散熱良好、能適應(yīng)電氣屏柜環(huán)境的紅外設(shè)備。

基于電氣屏柜現(xiàn)場狹窄的環(huán)境，紅外設(shè)備距離所測部位的距離均在0.5 m左右，本文參考GB/T 19870—2018《工業(yè)檢測型紅外熱像儀》規(guī)定，針對市面上6款紅外雙目卡片機(jī)進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)黑體型號為DY-HTX3，溫度設(shè)置為40 ℃，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

經(jīng)過對比實(shí)驗(yàn)，基于實(shí)際測溫需求，選擇測溫準(zhǔn)確度與穩(wěn)定性兼?zhèn)洳⑶壹t外與高清圖像清晰的設(shè)備4——高德在線式測溫卡片機(jī)作為系統(tǒng)的紅外設(shè)備。該設(shè)備大小為60 mm×60 mm×20 mm，工作溫度為-30～60 ℃，測溫范圍-20～150 ℃，光譜范圍8～14 μm，采用CMOS傳感器，探測器采用WLP Vox，通過數(shù)字信號處理(digital signal processing，DSP)芯片進(jìn)行2D/3D降噪，支持熱成像通道融合可見光圖像信息。

由于電氣屏柜內(nèi)電源接口少，雙目卡片機(jī)采用有源以太網(wǎng)(power over Ethernet，POE)供電，每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)配置一款TL-R479GP-AC路由器，內(nèi)置AC和標(biāo)準(zhǔn)PoE功能，提供9個(gè)千兆網(wǎng)口。系統(tǒng)環(huán)境為Windows10，六核CPU(2.6 GHz)，8 GB內(nèi)存，硬盤空間20 GB以上，開發(fā)環(huán)境為QT5.12，采用MySQL數(shù)據(jù)庫。通信方式為WebSocket通信，只需1次HTTP握手，服務(wù)器就能一直與客戶端保持通信，減少了資源開銷，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性。

表2 0.5 m處對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Comparison test results at 0.5 m from infrared equipment to the measured position

2.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文研究通過上位機(jī)進(jìn)行所有實(shí)時(shí)監(jiān)測操作，包括管理臺賬樹、管理紅外設(shè)備、設(shè)置/關(guān)聯(lián)規(guī)則、關(guān)聯(lián)紅外設(shè)備、采集/解析圖像、三重閾值判定、缺陷報(bào)警以及歷史數(shù)據(jù)顯示等。整個(gè)軟件設(shè)計(jì)分為設(shè)備管理模塊、圖像采集模塊、圖像分析模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、安全運(yùn)營模塊以及歷史記錄模塊6個(gè)部分。其中，軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示，監(jiān)測系統(tǒng)主界面如圖4所示。

該系統(tǒng)針對變電站、換流站內(nèi)的電氣屏柜繪制設(shè)備臺賬樹，葉子節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)紅外設(shè)備，用戶設(shè)置臺賬樹中各個(gè)電氣設(shè)備的測溫規(guī)則或關(guān)聯(lián)規(guī)則，建立紅外設(shè)備與臺賬樹，測溫規(guī)則與臺賬樹關(guān)聯(lián)機(jī)制實(shí)現(xiàn)“一對一”或“多對一”的映射，能夠靈活實(shí)現(xiàn)設(shè)備臺賬樹與紅外設(shè)備、測溫規(guī)則的多重對應(yīng)關(guān)系。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)采集站內(nèi)電氣屏柜中紅外設(shè)備的紅外圖像，基于設(shè)備臺賬樹中葉子節(jié)點(diǎn)電氣設(shè)備的測溫規(guī)則與國網(wǎng)紅外數(shù)據(jù)存儲格式對該節(jié)點(diǎn)采集的紅外圖像進(jìn)行解析，定位電氣設(shè)備所在圖像位置，獲取溫度矩陣；采用熱點(diǎn)溫度、溫差、相對溫差三重溫度診斷法對各個(gè)電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，如發(fā)生缺陷立即報(bào)警，過程數(shù)據(jù)詳細(xì)存儲于數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)監(jiān)測流程如圖5所示。

圖3 軟件結(jié)構(gòu)Fig.3 Software structure

圖4 監(jiān)測系統(tǒng)主界面Fig.4 Main interface of monitoring system

圖5 系統(tǒng)流程Fig.5 System flow chart

設(shè)備管理模塊通過asynico異步協(xié)程管理整個(gè)變電站或換流站電氣屏柜的紅外設(shè)備，根據(jù)用戶提供的站內(nèi)電氣屏柜信息實(shí)時(shí)更新設(shè)備臺賬樹。圖像采集模塊通過對紅外設(shè)備收發(fā)通信協(xié)議，對接收的協(xié)議進(jìn)行處理、分析；通過opencv對協(xié)議結(jié)果進(jìn)行解析得到紅外熱像圖，采集的方式主要是離線采集。

圖像分析模塊根據(jù)國網(wǎng)格式對紅外圖像進(jìn)行解析，獲得溫度矩陣；根據(jù)各個(gè)電氣設(shè)備位置的測溫規(guī)則定位測溫區(qū)域，并獲取測溫區(qū)域內(nèi)的溫度矩陣，然后判定溫度域熱點(diǎn)溫度的最大、最小值；通過定位算法獲取溫度域溫度最值定位，就同一電氣設(shè)備的不同區(qū)域(如A、B、C三相)獲得電氣設(shè)備的全局最高熱點(diǎn)溫度、最大相對溫差和最大溫差。數(shù)據(jù)存儲模塊將各個(gè)電氣設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)均存入數(shù)據(jù)庫，設(shè)置存儲機(jī)制和索引機(jī)制對數(shù)據(jù)歸屬進(jìn)行區(qū)分。安全運(yùn)營模塊根據(jù)測溫規(guī)則中的熱點(diǎn)溫度、溫差、相對溫差閾值將電氣設(shè)備缺陷故障分為正常狀態(tài)、一般缺陷、嚴(yán)重缺陷、緊急缺陷。三重溫度診斷法根據(jù)用戶需求靈活設(shè)置閾值條件，使其與電氣設(shè)備缺陷狀態(tài)一一映射，如果測溫規(guī)則僅有1個(gè)溫度域，溫度告警判定只有熱點(diǎn)溫度，如果有2個(gè)或3個(gè)溫度域，那么溫度告警判定最多包含3個(gè)部分。安全運(yùn)營模塊通過三重溫度診斷法對臺賬樹葉子節(jié)點(diǎn)判定缺陷并報(bào)警，報(bào)警結(jié)果為最嚴(yán)重的缺陷報(bào)警。歷史記錄模塊對各個(gè)電氣設(shè)備溫度數(shù)據(jù)、告警信息和系統(tǒng)報(bào)警信息進(jìn)行詳細(xì)記錄。

3 現(xiàn)場實(shí)測與分析

本文對某±500 kV換流站高壓直流換流變壓器的電氣屏柜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)對象如圖6所示。

根據(jù)電氣屏柜內(nèi)的電氣設(shè)備分布情況[17-18]布置紅外設(shè)備，保證紅外圖像能夠覆蓋整個(gè)電氣屏柜內(nèi)部的重要電氣設(shè)備，整個(gè)電氣屏柜的紅外設(shè)備通過交換機(jī)連接到監(jiān)測中心，其中風(fēng)冷匯控柜布置如圖7所示。

圖6 高壓直流換流變壓器Fig.6 High voltage DC converter transformer

圖7 匯控柜中雙目卡片機(jī)分布Fig.7 Distribution of binocular card machines in control cabinet

以風(fēng)冷匯控柜的三相交流接觸器[19]為例，其故障特征主要表現(xiàn)為電流大或者觸頭接觸不良導(dǎo)致觸頭發(fā)熱，進(jìn)出線端螺絲松動導(dǎo)致進(jìn)出線端發(fā)熱，鐵心閉合能力差或線圈電流大導(dǎo)致線圈發(fā)熱。這些發(fā)熱特征均是因?yàn)榻佑|電阻變大，從而引起局部溫升[20-21]。判斷交流接觸器缺陷狀態(tài)首先選擇交流接觸器的最優(yōu)觀測設(shè)備，經(jīng)測試3號機(jī)觀測最佳，因此將3號機(jī)與匯控柜1的交流接觸器關(guān)聯(lián)，然后對交流接觸器設(shè)置規(guī)則，包括A、B、C三相的矩形框、熱點(diǎn)溫度閾值、溫差閾值和相對溫差閾值。2021年5月8日8時(shí)—5月10日14時(shí)，對1號匯控柜的三相交流接觸器進(jìn)行了狀態(tài)檢測，5月8日8時(shí)交流接觸器熱成像圖如圖8所示，5月8日22時(shí)交流接觸器熱成像圖如圖9所示，5月8日—5月10日交流接觸器三相溫度采樣數(shù)據(jù)、三相溫度偏差如圖10、11所示。

圖8 5月8日8時(shí)交流接觸器紅外圖像Fig.8 Infrared image of AC contactor at 08∶00 on May 8

圖9 5月8日22時(shí)交流接觸器紅外圖像Fig.8 Infrared image of AC contactor at 22∶00 on May 8

圖10 交流接觸器A、B、C三相熱點(diǎn)溫度分布Fig.10 Temperature distribution of three phases hot spots of AC contactor

正常狀態(tài)交流接觸器熱點(diǎn)溫度與負(fù)荷變化成正相關(guān)，但是自5月8日22時(shí)開始，B相交流接觸器與A、C相開始發(fā)生絕對溫度偏差，出現(xiàn)持續(xù)溫升，特別是高負(fù)荷時(shí)間段，5月10日溫度達(dá)36.6 ℃。此時(shí)A、B、C三相相間溫差已明確指示存在隱患。經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)黑體實(shí)驗(yàn)，A、B、C三相溫度測量偏差為±5%。圖11中AC相之間的溫度偏差在正常范圍內(nèi)，BC、AB相的溫度偏差大于±5%，甚至達(dá)到±10%，明確指示交流接觸器存在安全隱患。

圖11 交流接觸器A、B、C溫度偏差Fig.11 Temperature deviation of three phases of AC contactor

由上述分析可知，交流接觸器可能發(fā)生B相故障或者三相不平衡情況，但是僅憑絕對溫度無法判定出設(shè)備的缺陷狀態(tài)。為及時(shí)判定缺陷狀態(tài)，防止設(shè)備缺陷造成安全隱患，需要計(jì)算三相交流接觸器的溫差和相對溫差[22-23]。圖8顯示交流接觸器三相接頭溫度分別為31.4 ℃、32.1 ℃、31.2 ℃，由式(5)得出被測設(shè)備區(qū)域的環(huán)境溫度為26 ℃，計(jì)算A相相對溫差時(shí)，計(jì)算出A相與B相、A相與C相之間的相對溫差，最終取兩者絕對值的最大值為A相相對溫差，繼而得出三相相對溫差為12.96%、14.75%、17.31%。圖9顯示交流接觸器三相接頭溫度分別為32.1 ℃、34.8 ℃、32.8 ℃，相對溫差為44.26%、46.67%、31.82%。2個(gè)時(shí)刻的溫度變化不大，溫差、相對溫差卻變化顯著，5月8日22時(shí)交流接觸器的最大相對溫差達(dá)到了46.67%，即使熱點(diǎn)溫度沒有超過50 ℃，根據(jù)本研究的缺陷判定仍符合一般缺陷故障，由此可以及時(shí)預(yù)警工作人員進(jìn)行檢修或更換，避免溫度進(jìn)一步升高，防止缺陷惡化造成電氣設(shè)備故障，從而保證電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語

本文研究了基于紅外熱成像技術(shù)電氣屏柜紅外監(jiān)測系統(tǒng)，給出紅外熱成像的原理、結(jié)構(gòu)，柜內(nèi)電氣設(shè)備反射率設(shè)定，監(jiān)測系統(tǒng)軟、硬件選型，設(shè)計(jì)與系統(tǒng)工作流程，開展實(shí)驗(yàn)并成功應(yīng)用于現(xiàn)場。本文開發(fā)的基于紅外熱成像技術(shù)的開關(guān)柜紅外監(jiān)測系統(tǒng)建立了設(shè)備臺賬樹與紅外設(shè)備、臺賬樹與測溫規(guī)則多重映射關(guān)系，結(jié)合三重溫度診斷法在不改變開關(guān)柜結(jié)構(gòu)的前提下，采用極少的設(shè)備仍能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定、靈活地實(shí)時(shí)監(jiān)測開關(guān)柜中所有電氣設(shè)備的缺陷狀態(tài)，并根據(jù)缺陷等級作出相應(yīng)預(yù)警與診斷，可有效提升電氣屏柜的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。在以后更新的監(jiān)測系統(tǒng)中，會加入深度學(xué)習(xí)圖像識別功能，系統(tǒng)根據(jù)圖像識別結(jié)果全自動實(shí)現(xiàn)測溫規(guī)則設(shè)定，包括測溫域與三重溫度閾值，能夠最大程度地實(shí)現(xiàn)智能化。同時(shí)，隨著紅外測溫技術(shù)的成熟，相關(guān)硬件成本正在逐步下降，這將加速紅外測溫技術(shù)在電力行業(yè)的普及，最終實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)的智能化巡檢及運(yùn)維。