夏志雄

（國網(wǎng)孝感供電公司，湖北 孝感 432100）

配電設(shè)備作為電力系統(tǒng)與供電線路中的主要結(jié)構(gòu)，主要承擔(dān)電能轉(zhuǎn)換、電力調(diào)度等方面的責(zé)任。目前，大部分電力企業(yè)進(jìn)行配電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的檢查以周期巡檢、缺陷巡檢為主。通過此種方式，可保證配電設(shè)備具有可持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行的優(yōu)勢。但此種檢修方式僅適用于對配電設(shè)備外觀缺陷的檢測，對于配電設(shè)備中的一些隱蔽性故障卻束手無策。隨著現(xiàn)代化技術(shù)在設(shè)備檢修作業(yè)中的應(yīng)用，電力企業(yè)首次提出了在此項(xiàng)工作中引進(jìn)紅外測溫技術(shù)，通過對設(shè)備表面溫度的及時感知，掌握運(yùn)行中的異常溫度差。在此項(xiàng)工作中，使用輔助傳感器對配電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測。目前，關(guān)于此方面內(nèi)容的研究在電力企業(yè)中尚處于理論研究階段，仍未有完善的指導(dǎo)方案為此項(xiàng)工作提出技術(shù)指導(dǎo)。因此，本文將在現(xiàn)有工作的基礎(chǔ)上，引進(jìn)紅外測溫技術(shù)，設(shè)計一種基于此項(xiàng)技術(shù)的配電設(shè)備狀態(tài)檢修方法，為電力企業(yè)的持續(xù)化發(fā)展與建設(shè)提供專項(xiàng)技術(shù)作為指導(dǎo)。

1 紅外測溫診斷方法

當(dāng)前，常用的紅外線溫度檢測技術(shù)主要有：測定表面溫度、相對溫差的測定、同類比較、熱譜圖分析法和檔案分析法。

（1）表面溫度判斷法。根據(jù)紅外線測溫的基本理論，對電氣設(shè)備進(jìn)行了表面溫度的測定，并與有關(guān)規(guī)范進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)其超限程度、設(shè)備重要性、設(shè)備的力學(xué)性能等指標(biāo)均可作為電氣設(shè)備質(zhì)量的依據(jù)。

（2）相對溫差判斷法。利用紅外測溫的基本理論，通過對功率器件的溫升進(jìn)行測溫，通過以下公式求出器件的相對溫差，從而確定器件的故障等級。

式中， μt、 E2E1E0分別表示溫差值、發(fā)熱點(diǎn)溫度、正常溫度和參照體溫度。

（3）同類比較法。在三相電流對稱、三相設(shè)備相等的前提下，采用相似的方法可以檢測電流激勵設(shè)備相應(yīng)位置的溫度，從而確定設(shè)備有無故障。如果三相裝置在同一時段出現(xiàn)了不同的溫度變化，則可以將其與其他類型的裝置進(jìn)行對比，如果三相負(fù)載不均勻，則應(yīng)進(jìn)一步研究負(fù)載的發(fā)生。一般而言，當(dāng)溫度相差大于30%時，即可判定有重要的電氣裝置不正常。

（4）熱譜圖分析法。該方法是通過比較相同類型的裝置的常規(guī)和非常規(guī)工況下的熱譜曲線，通過二者的比較來判定其是否有故障。

將配電設(shè)備的紅外輻射過程作為一個紅外線反饋信號檢測的過程，當(dāng)發(fā)射端在對檢測目標(biāo)進(jìn)行紅外探測時，發(fā)射的信號將以功率的方式進(jìn)行傳輸，但信號的功率會在大氣中傳輸發(fā)生衰退或驟減，為了避免此種現(xiàn)象造成信號的衰減，需要輔助使用光學(xué)檢測儀器，將其聚焦在探測器中，將目標(biāo)檢測對象反饋的信號作為可以直接處理的電信號，并在接收端通過對信號放大處理的方式，對輻射信號以二維熱圖像的方式，進(jìn)行目標(biāo)溫度場展示。

在檢測過程中明確，任何一種物質(zhì)在運(yùn)動或運(yùn)行過程中都會輻射一定的熱量，可將此種熱量作為熱紅外能量，而配電設(shè)備本身又是一個具有溫度的設(shè)備，運(yùn)行時會隨時隨地散發(fā)紅外熱量。對此種熱量進(jìn)行成像表達(dá)，可以將其描述為一種電磁波，此類電磁波的有效范圍在0.78~1000.0pm，其中可見光的波長有效范圍在0.38~0.78pm。根據(jù)大量的理論與實(shí)踐證明，配電設(shè)備外表面的溫度會在其運(yùn)行中高于熱力學(xué)溫度（熱力學(xué)溫度取值為-273.0℃）。因此，對設(shè)備表面進(jìn)行探測，便是對紅外設(shè)備不同輻射產(chǎn)生溫度場的探測?？梢栽谡莆赵O(shè)備外表面溫度場的變化后，對其表面具體測點(diǎn)溫度的推測，通過此種方式，獲得配電設(shè)備外表面熱紅外特征，從而實(shí)現(xiàn)對配電設(shè)備運(yùn)行溫度的實(shí)時檢測。

2 配電設(shè)備狀態(tài)缺陷類別劃分

通過紅外測溫技術(shù)實(shí)現(xiàn)對配電設(shè)備外表面溫度場的實(shí)時感知后，可以通過反饋信號局部過熱信息的表達(dá)方式，進(jìn)行熱故障信息的描述。此時，熱故障中心顯示的溫度點(diǎn)便是熱力場的中心分布點(diǎn)，通過此種方式，可以從設(shè)備溫度熱力圖中進(jìn)行設(shè)備故障的判斷及其嚴(yán)重程度。為了進(jìn)一步感知配電設(shè)備狀態(tài)缺陷，下述將根據(jù)設(shè)備制熱缺陷的產(chǎn)生機(jī)理，對缺陷類別進(jìn)行劃分。

配電設(shè)備在運(yùn)行中，其介質(zhì)材料或銜接線路可以在整體線路中起到控制電能、電壓、電流等綜合流向的作用。因此，配電設(shè)備在交流電壓的支撐下運(yùn)行，產(chǎn)生的損耗量也可被稱為介質(zhì)性損耗，可將此種損耗分為設(shè)備電導(dǎo)損耗與極化損耗兩種類型，前者是指配電設(shè)備中的載電粒子在電壓的作用下發(fā)生定向移動，從而消耗有功電能的過程。后者是指配電設(shè)備在運(yùn)行中由于異常電力行為出現(xiàn)的無功供電行為，對配電設(shè)備介質(zhì)損耗量的計算可用下述公式表示。

式中，P表示為配電設(shè)備介質(zhì)損耗量，計算單位為W；U表示為配電設(shè)備交流電壓，計算單位為V；ω表示為電流余量，計算單位為I；C表示為電力負(fù)荷；t表示為設(shè)備常態(tài)化運(yùn)行時間，計算單位為s；g表示為電壓與電流的余角；δ表示為電能交互行為發(fā)生頻率。通過上述計算公式可以看出，配電設(shè)備在運(yùn)行中發(fā)生的紅外溫度缺陷可以通過基礎(chǔ)參數(shù)的計算得出。設(shè)定P的有效取值范圍，根據(jù)計算中不同參數(shù)的最小值與最大值，得到P的最小值與最大值。比對計算結(jié)果與配電設(shè)備不同檢測點(diǎn)的損耗量，即可初步掌握設(shè)備的狀態(tài)類別。

3 設(shè)備故障匹配與檢修

掌握配電設(shè)備在測量中得到的多項(xiàng)參數(shù)具體值，進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)與故障的匹配。此次研究提出的匹配方法為溫度診斷法，提出的診斷方法大多用于常規(guī)性狀態(tài)與異常的檢測，即由于配電設(shè)備在運(yùn)行中電壓或電流值超標(biāo)造成的溫度場異常。當(dāng)檢測中出現(xiàn)隨著配電設(shè)備運(yùn)行時間的增加溫度增加的現(xiàn)象時，說明此時的故障屬于電壓與電流故障，計算此時的損耗量，實(shí)現(xiàn)對配電設(shè)備故障的匹配，將此過程表示為下述計算公式。

式中，RI表示為電阻電流，計算單位為A；CI表示為配電設(shè)備連接線路電流，計算單位為A；γ表示為配電設(shè)備電流與電壓故障。針對滿足上述計算公式（2）需求的狀態(tài)，可以直接采用現(xiàn)場電力負(fù)荷調(diào)試的方式進(jìn)行不同線路的檢修。

除上述提出的方法外，還可以通過相對溫度電流差計算的方式，進(jìn)行配電設(shè)備在正常情況下與非正常情況下異常行為的累加，通過對累加結(jié)果的分析，掌握設(shè)備的階段性缺陷。但在基于此種方式的故障匹配處理時，應(yīng)注意對輻射反饋信號在傳遞中可能受到不同實(shí)體表面光滑度與形狀的影響。因此，在匹配故障時，應(yīng)做好對實(shí)體表面缺陷的識別，并采用信號補(bǔ)償?shù)姆绞剑瑢?shí)現(xiàn)對配電設(shè)備狀態(tài)的精準(zhǔn)診斷。在此基礎(chǔ)上，采用不同縮小檢測范圍的方式，將異?，F(xiàn)象圈定在一個相對較小的范圍，以此種方式，便可以實(shí)現(xiàn)對故障現(xiàn)象的精準(zhǔn)檢測與處理。

4 實(shí)例應(yīng)用分析

為證明本文提出的紅外測溫技術(shù)可以在電力企業(yè)中起到輔助配電設(shè)備檢修的作用，在完成上述設(shè)計后，下面將通過實(shí)踐的方式，對設(shè)計方法的可行性進(jìn)行證明。

首先針對基于紅外測溫技術(shù)的配電設(shè)備狀態(tài)檢修環(huán)境進(jìn)行選擇，以某變電運(yùn)維班作為依托，已知在該班組當(dāng)中存在某330.0kV變電站1號電容器組異響且聲音較大的問題。為了探究異?，F(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因，引入紅外測溫技術(shù)，針對其配電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢修。已知該變電站中使用的電容器型號為GE Grid Solutions，額定電壓為220.0V，絕緣耐壓為2500.0Vac/m，斷開容量為250.0V/10.0A。該型號電容器保護(hù)和自動化功能均能夠通過邏輯編程實(shí)現(xiàn)，同時兼有遙測、遙控、遙信等功能。在GE Grid Solutions電容器上配備了測量模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)各種測量，計量精度均能夠達(dá)到0.5級。為了驗(yàn)證本文檢修方法的可行性，首先針對電容器組各相支撐絕緣子絕緣電阻值進(jìn)行測定，測定結(jié)果記錄如表1所示。

表1 檢修方法對支撐絕緣子絕緣電阻值的測定結(jié)果

從表1中得到的測量結(jié)果可以看出，在對絕緣電阻A相進(jìn)行測定時，其電阻值為4.50MΩ嚴(yán)重不符合電容器標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行要求，說明在1號電容器A相上存在絕緣性能劣化的問題。通過上述得出的測定結(jié)果可以初步判斷，本文提出的引入紅外測溫技術(shù)的配電設(shè)備狀態(tài)檢修方法能夠?qū)崿F(xiàn)對變電站電容器異常絕緣性能檢測。同時，通過得出的測定結(jié)果可以看出，在百能電站交流電場的作用下，介質(zhì)損耗會逐漸增加，造成了電容器絕緣子異常發(fā)熱現(xiàn)象，同時，也會造成與該絕緣子相連接的固定扁鐵產(chǎn)生對地放電。針對這一缺陷問題，若不進(jìn)行及時修復(fù)則會造成配電設(shè)備接地故障問題產(chǎn)生，影響變電站的正常運(yùn)行。

在上述論述基礎(chǔ)上，初步實(shí)現(xiàn)對紅外測溫技術(shù)在配電設(shè)備狀態(tài)檢修當(dāng)中應(yīng)用可行性的驗(yàn)證，為了進(jìn)一步探究該檢修方法的應(yīng)用優(yōu)勢，選擇針對變電站配電設(shè)備的雙極平衡閥側(cè)套管的溫度進(jìn)行測定，按照本文上述檢修流程對其溫度進(jìn)行測定，并將其與實(shí)際套管溫度進(jìn)行對比。通過對3種存在不同缺陷問題的套管溫度進(jìn)行測定，并計算得出本文檢修方法測定結(jié)果的相對溫差值，以此實(shí)現(xiàn)對檢修方法檢修精度的比較。相對溫差的計算公式為：

式中，λ表示為相對溫差值；2τ表示為利用紅外測溫技術(shù)測定得到的套管溫度；1τ表示為實(shí)際雙極平抗閥側(cè)套管溫度。根據(jù)公式（4）計算得出在3種不同缺陷問題下的測定結(jié)果相對溫差值，并將其記錄如表2所示。

表2 本文檢修方法套管溫度測定結(jié)果表

從表2得出的結(jié)果可以看出，利用本文提出的檢修方法對套管溫度進(jìn)行測定，測定結(jié)果的相對溫差均在1.50%以下，說明具備了一定測定精度，證明將紅外測溫技術(shù)應(yīng)用到配電設(shè)備狀態(tài)檢修當(dāng)中能夠?yàn)槠錂z修方案的制定提供更有利的數(shù)據(jù)依據(jù)，確保配電檢修合理。

5 結(jié)語

本文對基于紅外測溫技術(shù)的配電設(shè)備狀態(tài)檢修方法展開設(shè)計。完成設(shè)計后，為了證明此次研究的技術(shù)具有一定可行性，選擇市場內(nèi)某電力企業(yè)作為實(shí)驗(yàn)單位，通過實(shí)例應(yīng)用的方式，證明了本次設(shè)計的檢修方法與引進(jìn)的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對配電設(shè)備狀態(tài)的精準(zhǔn)識別與檢修處理。但若正式將此方法投入電力企業(yè)中推廣使用，還需要進(jìn)一步研究，從不同方面進(jìn)行方法的測試，掌握此方法使用存在的局限性，并以此為依據(jù)，提出對應(yīng)的整改策略。以此種方式，為我國電力企業(yè)與供電單位的可持續(xù)發(fā)展與建設(shè)提供專項(xiàng)技術(shù)指導(dǎo)，保障終端為用戶提供供電與配電服務(wù)的優(yōu)質(zhì)性。