基于紅外測溫技術(shù)的GIS設(shè)備狀態(tài)評估方法探究

秦雄鵬 唐標(biāo)

摘要：GIS設(shè)備因占地面積小，運行穩(wěn)定，定檢維護周期較長等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。通過對近幾年GIS設(shè)備缺陷情況得統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備缺陷中發(fā)熱占了較大比重。分析GIS發(fā)熱缺陷產(chǎn)生原因，這些缺陷多由于外殼連接接觸不良，受空間電磁環(huán)境影響，早設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電壓，當(dāng)現(xiàn)場電流回路時，在接觸電阻異常處產(chǎn)生高溫發(fā)熱。紅外測溫，作為現(xiàn)行輸變電設(shè)備狀態(tài)評估方法中，較為成熟的帶電檢測技術(shù)，已成為GIS設(shè)備診斷中重要的手段。但是基于紅外測溫技術(shù)的實現(xiàn)原理，以及GIS設(shè)備發(fā)熱缺陷產(chǎn)生機理特點，有必要對GIS設(shè)備的紅外測溫應(yīng)用情況，包括測試方法、不同發(fā)熱原因圖譜特點以及測試影響因素等進行介紹。

關(guān)鍵詞：GIS設(shè)備，紅外線測溫技術(shù)，發(fā)熱，接觸不良

1、紅外線測溫技術(shù)的基本情況

自然界中，一切溫度超過絕對零度的物體都在不斷的周圍空間輻射紅外線。物體向外輻射紅外能量的大小及按照波長的分布情況與物體表面的溫度有著密切的關(guān)系。因此通過測量物體自身輻射紅外能量的大小，便能準(zhǔn)確的表征處物體的表面溫度，這就是紅外測溫的所依照的客觀事實。

現(xiàn)行電力設(shè)備運行狀態(tài)所用的紅外檢測，其本質(zhì)就對被試設(shè)備發(fā)射的紅外輻射能量進行檢測和顯示處理的過程。設(shè)備發(fā)射的紅外輻射功率經(jīng)過大氣的傳輸和衰減后，由紅外測試設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)接收并聚焦在探測器上，在儀器的內(nèi)部把目標(biāo)輻射信號功率轉(zhuǎn)換成便于直接處理的電信號，經(jīng)過放大，用二維圖像或者數(shù)字的形式顯示溫度值域信息。

2紅外測溫在GIS狀態(tài)診斷中的應(yīng)用

2.1紅外測溫在GIS設(shè)備診斷中應(yīng)用場景

根據(jù)GIS設(shè)備缺陷情況分析，設(shè)備外部發(fā)熱缺陷多是由于設(shè)備外殼環(huán)流引起?，F(xiàn)階段，GIS設(shè)備外部接地方式主要為兩種：分段絕緣和全鏈多點接地方式，基于運行方式和安全性考慮，多采用后者。當(dāng)設(shè)備外殼連接處接觸不良，該種運行方式受到較為明顯的電磁感應(yīng)作用，內(nèi)部導(dǎo)體在外殼上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，形成回路后，產(chǎn)生環(huán)流，通常接近額定值70%-90%。當(dāng)存在GIS電流過大、接地點接觸不良、法蘭面間有效接觸面積不足等情況是，就會引起發(fā)熱。設(shè)備內(nèi)部發(fā)熱缺陷多為內(nèi)部導(dǎo)體連接不良[6]（諸如螺栓未按規(guī)定力矩固定、觸指彈簧內(nèi)殘留氣體未能順利排出）。GIS異常發(fā)熱會導(dǎo)致內(nèi)部絕緣老化、密封部件老化等隱患。

2.2GIS設(shè)備紅外測溫時的圖譜特征

根據(jù)大量的GIS紅外測溫數(shù)據(jù)，從GIS設(shè)備外設(shè)溫度分布以及變化趨勢情況進行分析得出GIS發(fā)熱故障時的溫度測量規(guī)律：

內(nèi)部發(fā)熱：（1）GIS內(nèi)部發(fā)熱，熱源集中在導(dǎo)體連接處、斷路器以及隔離開關(guān)觸頭聯(lián)合處;（2）GIS內(nèi)部故障通常會引起從下往上的熱流轉(zhuǎn)移，一般的，設(shè)備頂部溫度較其他部位偏高;（3）受設(shè)備結(jié)構(gòu)影響，熱輻射范圍較大，測試出的熱力分布圖范圍較大。

外部發(fā)熱：（1）GIS外部發(fā)熱，熱源多集中于三相分箱的多點接地結(jié)構(gòu)中，熱流上升位置在導(dǎo)流排以及法蘭安裝螺栓處較為明顯;（2）GIS外部發(fā)熱的輻射范圍較小，測試圖譜中溫度上升點特征明顯，便于測試時發(fā)現(xiàn);（3）GIS設(shè)備溫度與載荷量呈正相關(guān)，容量越大溫度變化幅度越大。

3.影響 GIS設(shè)備紅外測溫結(jié)果的因素和改進措施

3.1影響 GIS設(shè)備紅外測溫結(jié)果的因素

根據(jù)GIS設(shè)備特殊的結(jié)構(gòu)特點，在現(xiàn)有紅外測溫技術(shù)手段與試驗設(shè)備的條件下，存在以下因素影響測試結(jié)果：

（1）、金屬表面發(fā)射率。GIS設(shè)備內(nèi)部為例提高絕緣性能，減小設(shè)備表面放電和局部放電，其內(nèi)部金屬多經(jīng)過拋光處理。因為金屬的發(fā)射率相對較低，尤其是拋光過的金屬（通常為銅、鋁）發(fā)射率僅為0.05，影響測量精度[2]。

（2）、SF6氣體吸收帶。GIS設(shè)備內(nèi)部充滿SF6氣體，通常其內(nèi)部導(dǎo)體熱輻射的紅外光要經(jīng)過SF6氣體吸收帶才能本檢測儀收到信號。因SF6氣體對中心波長為10.55μm的紅外波段具有很強的吸收特性和輻射特性。信號衰減較為明顯，影響測試精度。

（3）、紅外測溫設(shè)備的參數(shù)要求。在前面的分析可知，GIS設(shè)備內(nèi)呈高電壓、強電場、強磁場的特點，測試儀器參數(shù)會嚴(yán)重影響測試精度。

3.2 GIS設(shè)備紅外測溫結(jié)果影響因素的解決措施

針對上一節(jié)影響紅外測溫的影響因素，提出部分解決措施：

（1）針對金屬表面發(fā)射率低的情況，根據(jù)文獻[2]，采用在金屬觸座上開圓槽，在槽底嵌入SF6環(huán)境下具有高穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)且輻射率高的物質(zhì)，從而幾天高發(fā)射率。此外，通過將熱圖在儀器自帶的溫度軟件上上使用多點區(qū)域發(fā)射率修正功能進行修改，從而獲得較為準(zhǔn)確溫度數(shù)據(jù)。

（2）針對SF6氣體吸收的影響，因SF6氣體的光譜僅對特殊波段的吸收明顯的固有輻射特性，在開展GIS設(shè)備紅外測溫的時候，選取的溫度傳感器要盡可能避免對于吸收帶，優(yōu)選工作波段6～10μm。此外，因紅外測溫過程中，只有紅外溫度傳感器的發(fā)射率與被測物體的發(fā)射率一致的時候才能正確顯示溫度，因此開GIS設(shè)備測溫的時候，紅外測溫的讀數(shù)是比實際值偏小的，因此測量的時候需要調(diào)低紅外發(fā)射率。

（3）針對高電壓、強電場、強磁場的運行特點，要求所使用的溫度傳感器要具備合適的溫度范圍、溫度分辨率、距離系數(shù)、響應(yīng)時間以及穩(wěn)定性。設(shè)備選取不合適，也會影響影響測試精度。

4.結(jié)語

基于紅外測溫技術(shù)的基本原理、GIS設(shè)備發(fā)熱缺陷產(chǎn)生機理以及結(jié)構(gòu)特點，給出了常見的測溫圖譜特點。通過大量的數(shù)據(jù)分析，指出了影響GIS紅外測溫的影響因素以及響應(yīng)解決措施。對于運行人員開展GIS設(shè)備開展紅外測溫提供參考。

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