红外线热像仪在变电站设备运行和故障分析方面的应用
摘要：变电站在整个电力系统中处于承上启下的关键位置，直接决定着屯网能否正常运行，因此各电力企业都加强了对变电站监控和监测设备的投入力度，红外线热像仪就是这些设备中的佼使者。文章简要介绍了红外热像仪的工作原理及其优势，并对其在变电站中的应用进行了探讨。
关键词：变电站；安全检查；红外线热像仪；电力设备；红外线检测
中图分类号：TM930 文献标识码：A 文章编号：i009—2374(2011)01-0043-03
随着经济的腾飞，我国的城市化进程日益加快，城市中变电站的数量也随着城市电网的改造和建设而不断增加，为了减少变电站的建筑面积、降低对城市土地的占用、使电网建设与城市规划相互协调配合，不少地区都开始用无人值班自动化变电站来代替以往那种需要人工操作的变电站。我们都知道，电的生产、传送和分配是一个连续的过程，无论是哪个环节出现问题都会对整个系统的正常运行带来不利影响，严重时甚至会危及人民群众的生命财产安全。变电站在整个电网中处于承上启下的地位，对于确保电网的安全、稳定运行具有重要的意义。为此。全国各地的电力企业都在加强对变电站监控和故障分析设备的投入力度，使得对电力设备的控制逐渐由过去那种预防式转为现在的预知式，这在提高设备运行的安全性和有效性的同时还降低了电网的安全成本，增加了电力企业的经济效益，保障了人民群众的生命财产安全。
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红外线热像仪的原理和优势
1.1 红外线诊断技术
在变电站众多的监控和故障分析设备中，红外线热像仪无疑是最为重要的一种。我们知道，任何物体，只要是带有一定温度，就会通过电磁波的形式向周围环境辐射能量，该能量的值与物体热力学温度的四次幂成正比。凡是利用这个原理制作的热像仪都属于非接触式测量。红外线测温就是基于红外线探测技术所发展起来的，它通过搜集、整理设备红外辐射的有关情况来对设备的温度进行换算和显示，最终通过温度高低来对设备是否处于正常的工作状态进行分析和判断。
1.2 红外热成像技术
红外线成像技术是一种相对先进的红外线检测技术，它能够在不妨碍设备正常运行的前提下检测设备的运行情况，从而使对事故的预防性检测变为对事故的预知性检测。由于该技术能够使设备在不受任何干扰的情况下完成运行检测，因此更有利于有关方面的专家对设备故障进行远程监控，使对故障的早发现、早治理成为了可能。
1.3 红外线热像仪的优势
(1) 可以有效检测设备表面的温度，在不对变电站设备进行任何干扰操作的情况下就可以对其内部热损耗的位置和性质进行判断。
(2) 具有定量和定性测量两种测量模式，精度高的红外线热成像仪还能分辨出细微的温度差别，并可以将设备的热图像实时显示到屏幕上，不仅为热图像数据库的建立提供了技术支持，也实现了图像采集、储存和分析的一体化。
(3) 红外线热成像仅及其附属设备大多属于非接触式的远距离检测设备，能够有效保证操作者的人身安全。
(4) 红外线热成像仪检测设备能够在短时间内对相当数量的设备进行准确、全面的检测，及时发现设备运行过程中各方面的问题，甚至还可以对这些问题的具体位置、性质、严重程度作出科学的判断。
2 红外线热成像仪在变电站设备运行和故障分析方面的应用
2.1 变电站设备巡视和故障判断
对变电站设备进行巡视是变电站运行人员日常工作中的重要内容之一，过去传统检测方法就是通过工作人员的五官去感受设备的运行状况，这具有一定的局限性，使得那些具有发展性，尤其是发生在设备内部的缺陷往往需要在发展到一定程度后才能被发现，这样不仅延误了对问题进行早发现、早治理的时机，还使设备发生损坏的几率大幅上升。
红外线热像仪在变电站设备巡视的应用很大程度上提高了工作人员发现问题的能力，对于确保供电的安全、稳定、持续性有若积极的促进作用。以广西电网公司梧州供电局配备的红外线热像仪为例(厂家：武汉高德，型号：the rmopro trn to8s和厂家彼岸科仪有限公司，型号flir p630)，在日常巡检中，热像仪能够清楚的显示出变电站设备的温度，对于设备的整体发热情况也能进行很好地检查，如果同一设备不同位置之间出现了差距较大的温度差，那么该仪器就会及时报警，吸引工作人员的注意力，以便对其进行更加全面的分析和确认。
案例一电容器出线套管的设备线夹严重发热时的红外图像(图1)。
案例二：六氟化硫电流互感器设备线夹发热(图2)。
案例三：0.4kV配电屏柜馈线空开接线端子发热(图3)。
案例一、案例二和案例三根据带电设备红外诊断技术应用导则的相对温差判断法计算即可得出设备缺陷的严重程度。对电流致热型设备，若发现设备的导流部分热态异常，应按导则规定进行准确测温，在测出被测物的最高温度t↓[m]，稳定运行温度t ↓[w]和周围环境温度θ后按公式算出相对温差值，代入公式g：{(t↓[m]-t↓[w])／(t↓[w]-e)}*100％算出g值。根据g值再与“部分电流致热型设备热缺陷类型”的表1给定的g值范围比较，以判定出被测物的发热状态和判断设备缺陷的性质。
运行人员通过红外线热像仪的拍摄，可清楚地看到主变的油枕油位是否处于正常位置。方便运行人员在一些环境污染较大的变电站对设备进行日常工作巡视时，由于环境污染的影响导致变压器或电流互感器等设备的油镜模糊不清时，能正确地判断出设备的油位所处的真实位置。
案例四主变油枕油位的判断(图4)。
根据现场变电运行人员的反馈意见，红外线热像仪相对于传统的检测方式来说，精度、分辨率更高，测温迅速、直观，并且能够对检测数据进行方便的储存。但与此同时，工作人员也认为自己使用的热成像仪重量过大，价格昂贵，使用起来也不够方便，由这些不足可知，想要使红外线热像仪成为日常检测中的工具是存在一定的资金和技术困难的，目前我局所辖变电站每月至少进行一次全站设备的红外测温，结合季度检查、设备定期检查以及特殊时期的设备检查中应用，从而使检测工作获得更好的效果。
2.2 红外线远程监控系统
红外线远程监控系统主要由数字云台、摄像机、交换机、应用软件、控制终端、网络通道、服务器和红外线热像仪组成，它最主要的特点就是系统可以自动保存对设备温度的检测数据，并对设备的实时情况进行录像。一旦红外线热像仪发现变电站设备出现温度异常时，就会通过长时间的鸣笛和闪烁屏幕的方式来提醒管理人员注意，做到监控、记录、报警、分析相结合，既减轻了电力企业的人力物力负担，又提高了测量的准确性和时效性。同时，监控中心也可以通过监控软件对辖区内全部的变电站进行实时监控，并通过网络将各站点采集到的监测数据储存到主计算机中，有效提高了红外线远程监控系
统的信息化、智能化、网络化水平。
总的来看，该系统综合运用了人工智能技术、计算机网络技术、多媒体视频技术，组成了一个集温度、视频监控于一身的变电站远程监控系统，不仅实现了数字化和网络化，也实现了管理的智能化和应用的多媒体化。该系统能够及时、准确的对变电站出现的热故障进行状态监测和原因分析，同时还可以完成温度异常警报、红外无损探伤、温度监控、故障分析、漏热监测、设备监控和检查等多项任务，极大地促进了变电站和电网系统的安全运行，并做到了防患于未然，避免各类事故给电力企业带来的经济损失。
在实际工作中，各级电网调度中心和电力企业均配置了不同规格的红外线远程监控系统，实现了对变电站的智能化管理。实践结果表明，有关系统作为日常巡查工作的发展和补充，其功能已日趋完善，很好地完成了远程监控任务，满足了智能化管理的要求。相信随着各地电力企业对该系统应用的加大，其存在的内部和外部缺陷也将更加明显的暴露出来。有关研究人员的研究结果表明，红外线远程较缓系统式可以更好地与scA3DA系统、图像监控系统、数据采集系统、多媒体监控系统和能量管理系统整合到一起的，但是就目前的实际情况来看，它还只是与传统的遥感功能相结合，所提供的只能是变电站的可见光影像。变电站设备的热力学状态直接反映着它的运行状况，而红外线远程监控系统的远程测温功能无疑会为其提供更多科学、有效、可行的安全保障。
3 结语
如果想让变电运行人员采用手持的方法使用红外线热像仪对变电站设备进行日常检查的话，就必须要解决三个问题，首先是该方法耗费一定的时间和精力，容易错过一些发生在细节部位的安全隐患，其次目前一套红外线热像仪的价格大约在15万元作用，成本过高，不是基层电力企业能够负担的起的：再次测量精度主要受操作人员的影响，如果操作人员自身素质较低，那么仪器就无法发挥其应有的作用。
目前，已经有了针对上述三种情况的红外线设备和监控系统，并且具备了定时检测的功能，数据的传输也更加准确、及时，说明我国电力事业正在飞速向前发展，变电运行人员应抓住业余时间，多学习有关方面的知识，在实践中不断进行探索、总结和分析，更好地将有关理论运用到实际工作中去，以便为确保电网安全、稳定做出自己的贡献。
参考文献
[1]带电设备红外诊断应用[M].北京：中国电力出版社，2008
[2]李晓刚.付冬梅.红外热像检测与诊断技术[M]北京：中国电力出版社，2006
[3]叶玉堂.刘爽，红外与微光技术[M]北京：国防工业出版社.2010
(责任编辑：陈倩)