紅外測溫技術在GIS故障診斷中的應用探究

艾艷榮 劉潔 汪亞芬

摘 要：傳統的人工故障診斷方法效率低，反應速度慢，診斷的準確性也較低，不利于及時發現GIS設備中可能或者已經 發生的故障。紅外測溫技術則可以彌補人工故障診斷方法的不足，大大提高故障診斷的效率和準確性。本文首先分析了紅外測溫技術的工作原理，并介紹了GIS故障診斷中常用的紅外測溫技術，最后闡述了紅外測溫技術在GIS設備故障診斷中的應用。

關鍵詞：紅外測溫技術 GIS故障診斷 應用

中圖分類號：O434.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（c）-0029-02

紅外測溫技術相對于傳統的故障診斷技術具有明顯的優點，主要包括不會停電、不需要取樣、不需要接觸設備等，這使得紅外測溫技術在GIS故障診斷中應用十分廣泛?，F階段，紅外測溫技術的發展逐漸成熟，故障診斷的精確度不斷提高，已成為診斷GIS設備發熱型故障的重要手段。

1 紅外測溫技術原理

自然界中存在的物體只要其溫度超過絕對零度就會產生紅外線，這主要緣于紅外線輻射的本源就是熱輻射，紅外線向外輻射的程度主要由物體的溫度決定，運用紅外線探測器收集GIS設備向外傳播的紅外線，然后將這些紅外線轉換為電信號，從而對GIS設備的溫度進行實時的監督測量。針對GIS設備的紅外測溫故障診斷技術的本質就是測量設備向外傳播的紅外線信號，從而估量GIS設備的表面溫度，以此來判斷GIS設備的運行是否正常。紅外測溫技術系統主要由4個部分組成，分別是紅外線投射鏡頭、紅外線測量儀、信號處理設備及顯示屏。

影響紅外線測溫技術準確度的主要因素是測量的距離和視角。在對GIS設備運用紅外線技術測量溫度時應盡可能保持在合理的測量范圍內，測量角度以GIS裝備表面的法線方向。如果不對收集到的信息進行修正算法處理，那么測量溫度時允許的最大視角變化幅度為±30°，如果測量視角超出這個范圍就會使得測量數據遠遠偏離真實數值，而且測量視角角度越大，測量值和實際值之間的差距就越大。

2 紅外測溫技術種類

2.1 溫度閾值法

現階段，對GIS設備故障進行監測時主要運用的就是溫度閾值法，即對設備的正常運行設定一個溫度變化范圍，一旦設備的溫度超出設定的變化范圍就認為設備發生了故障。這種測溫技術的缺點在于設備的類型多種多樣，判斷設備是否正常運行的關鍵點也并不是單一的，這使得單一閾值法不能有效地判斷設備是否正常運行，同時，設備出現故障通常都會經歷一個由量變向質變的轉化過程，單純地將設備狀態劃分為正常與故障也是不科學的。

2.2 相對溫差法

這種方法是首先確定一個參照體，然后使用同一個測溫儀器同時測量設備及參照體的溫度，最后計算二者的溫度差值，根據溫度差值的大小判斷設備是否存在缺陷以及缺陷性質。

2.3 同類比較法

同類比較法的基本原理是在同一個電氣回路中，當三相設備類似同時三相電流對稱時，對比分析三相電流引發發熱型設備的相應位置的溫度上升幅度，從而分析設備的運行是否出現故障。當三相設備同時發生異常，就可以與同一個回路中的類似設備進行對比分析，這種判斷方法的優勢在于可以剔除承載量及設備所處環境溫度對故障診斷結果的干擾，主要被用于判斷類型相似設備是否出現故障。這種方法的不足之處是在相似設備中，假若沒有用于對比的對象，那么這種方法的應用就會受到某種程度的約束。

2.4 人工智能診斷法

人工智能診斷法可以很好地彌補閾值法的不足缺陷，常用的方法包括模糊診斷法、神經網絡法等。模糊診斷法參考設備故障可能造成的影響及危害程度，將GIS設備故障劃分為不同的級別，包括正常狀態、普通故障及嚴重故障等。在正常狀態下，設備的溫度有所上升，然而，設備并未出現故障，此時的設備依然能夠正常運轉。在普通故障中，設備的溫度上升不會對設備的正常運轉產生較大的影響，設備可以繼續使用。在嚴重故障狀態下，設備的溫度明顯升高，假若繼續使用設備會引發較大的危害，對于此類設備需要馬上停止使用進行檢查維修。神經網絡的獨特之處在于其具有并行處理、非線性映射、自我適應能力等特點，以神經網絡為基礎開發的設備故障方法有貝葉斯正則化反向傳播神經網絡、深度神經網絡等，這些方法在設備故障診斷方面取得了較好的成績。

3 紅外測溫技術在GIS故障診斷中的應用

3.1 紅外測溫技術在GIS內部故障診斷中的應用

引發GIS內部故障的誘因通常有內部導體的連接不良（比如，螺栓沒有按規定的力矩安裝固定、觸指彈簧的壓力較低等）、斷路器或者隔離開關合閘沒有到位、GIS設備內部的絕緣器件受潮或者使用時間過長等。

對GIS內部故障的診斷主要是通過分析GIS設施外表溫度分布場及溫度的變動趨勢來完成的。GIS發生內部故障時其熱分布圖的特點包括以下3點。

（1）GIS發生內部故障時的熱源主要來自于導體連接處、斷路器及隔離開關觸頭聯合處等位置。

（2）GIS內部故障會引起熱流由底部向上部的轉移，這使得設備的頂端溫度要顯著高于底端的溫度，對于水平狀的GIS設備，熱分布表現為設備的頂端溫度最高，周圍的溫度逐漸降低。

（3）GIS內部故障的熱輻射范疇通常相對較大，在GIS設備上主要體現為在較大的范圍內存在熱特征圖像。

3.2 紅外測溫技術在GIS外部故障診斷中的應用

GIS設備外部接地模式主要有兩種，分別是分段絕緣和全鏈多點接地?？紤]到后者產生的外表漏磁程度低、感應要求的電壓水平低等優勢，多點接地方式的安全性要明顯優于一點接地方法。為此，現階段運用的GIS設備大多都是運用多點接地方法，不過這種接地方法也有不足之處，即會受到較為明顯的電磁感應影響，因而會引發大規模的環流，環流值通常會達到設備內導體電流值的70%～90%。造成GIS設備溫度上升的原因主要包括GIS設備的接地點接觸不良、法蘭面間接觸不良、法蘭面用于固定作用的螺栓力矩沒有達到標準要求等。盡管GIS設備環流導致的外表溫度上升并不會對設備的正常運行產生直接影響，但是，假若GIS設備長時間在高溫環境中運行就會使得GIS絕緣器件的正常使用時間大大縮短，同時還會導致密封器件提前報廢，密封的效果大大減弱，從而引發氣體泄露。從上文的分析可以發現，GIS設備的環流而引起的法蘭等位置溫度上升需要提起高度重視，在判斷故障時需要參考設備接頭類紅外熱像判斷準則。

GIS設備發生外部故障時的熱分布特征主要體現為以下3點。

（1）熱源主要來自于GIS設備外表多點接地同時三相分箱的裝備中，溫度上升的位置主要集中于導流排連接面、法蘭面用于安裝螺栓的部位等。

（2）GIS設備外部故障引起的熱輻射范圍相對較小，溫度上升的位置較為集中突出，溫度上升十分明顯，在監測時很容易就能發現。

（3）溫度上升和GIS設備的承載量之間存在著顯著的正向關聯性，即設備的承載量越大，溫度上升幅度越大。

4 結語

隨著紅外測溫技術及測溫儀器的不斷完善，紅外測溫技術在GIS設備故障診斷中的應用越來越廣泛，而且這種診斷技術抵抗電磁干擾的能力很強，不需要接觸具體的設備就可以遠程診斷，故障辨別能力強，這使得紅外測溫技術成為GIS設備故障診斷的常用方法。

參考文獻

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