红外测温技术在GIS故障诊断中的应用探究

艾艳荣 刘洁 汪亚芬

摘 要：传统的人工故障诊断方法效率低，反应速度慢，诊断的准确性也较低，不利于及时发现GIS设备中可能或者已经 发生的故障。红外测温技术则可以弥补人工故障诊断方法的不足，大大提高故障诊断的效率和准确性。本文首先分析了红外测温技术的工作原理，并介绍了GIS故障诊断中常用的红外测温技术，最后阐述了红外测温技术在GIS设备故障诊断中的应用。

关键词：红外测温技术 GIS故障诊断 应用

中图分类号：O434.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）06（c）-0029-02

红外测温技术相对于传统的故障诊断技术具有明显的优点，主要包括不会停电、不需要取样、不需要接触设备等，这使得红外测温技术在GIS故障诊断中应用十分广泛。现阶段，红外测温技术的发展逐渐成熟，故障诊断的精确度不断提高，已成为诊断GIS设备发热型故障的重要手段。

1 红外测温技术原理

自然界中存在的物体只要其温度超过绝对零度就会产生红外线，这主要缘于红外线辐射的本源就是热辐射，红外线向外辐射的程度主要由物体的温度决定，运用红外线探测器收集GIS设备向外传播的红外线，然后将这些红外线转换为电信号，从而对GIS设备的温度进行实时的监督测量。针对GIS设备的红外测温故障诊断技术的本质就是测量设备向外传播的红外线信号，从而估量GIS设备的表面温度，以此来判断GIS设备的运行是否正常。红外测温技术系统主要由4个部分组成，分别是红外线投射镜头、红外线测量仪、信号处理设备及显示屏。

影响红外线测温技术准确度的主要因素是测量的距离和视角。在对GIS设备运用红外线技术测量温度时应尽可能保持在合理的测量范围内，测量角度以GIS装备表面的法线方向。如果不对收集到的信息进行修正算法处理，那么测量温度时允许的最大视角变化幅度为±30°，如果测量视角超出这个范围就会使得测量数据远远偏离真实数值，而且测量视角角度越大，测量值和实际值之间的差距就越大。

2 红外测温技术种类

2.1 温度阈值法

现阶段，对GIS设备故障进行监测时主要运用的就是温度阈值法，即对设备的正常运行设定一个温度变化范围，一旦设备的温度超出设定的变化范围就认为设备发生了故障。这种测温技术的缺点在于设备的类型多种多样，判断设备是否正常运行的关键点也并不是单一的，这使得单一阈值法不能有效地判断设备是否正常运行，同时，设备出现故障通常都会经历一个由量变向质变的转化过程，单纯地将设备状态划分为正常与故障也是不科学的。

2.2 相对温差法

这种方法是首先确定一个参照体，然后使用同一个测温仪器同時测量设备及参照体的温度，最后计算二者的温度差值，根据温度差值的大小判断设备是否存在缺陷以及缺陷性质。

2.3 同类比较法

同类比较法的基本原理是在同一个电气回路中，当三相设备类似同时三相电流对称时，对比分析三相电流引发发热型设备的相应位置的温度上升幅度，从而分析设备的运行是否出现故障。当三相设备同时发生异常，就可以与同一个回路中的类似设备进行对比分析，这种判断方法的优势在于可以剔除承载量及设备所处环境温度对故障诊断结果的干扰，主要被用于判断类型相似设备是否出现故障。这种方法的不足之处是在相似设备中，假若没有用于对比的对象，那么这种方法的应用就会受到某种程度的约束。

2.4 人工智能诊断法

人工智能诊断法可以很好地弥补阈值法的不足缺陷，常用的方法包括模糊诊断法、神经网络法等。模糊诊断法参考设备故障可能造成的影响及危害程度，将GIS设备故障划分为不同的级别，包括正常状态、普通故障及严重故障等。在正常状态下，设备的温度有所上升，然而，设备并未出现故障，此时的设备依然能够正常运转。在普通故障中，设备的温度上升不会对设备的正常运转产生较大的影响，设备可以继续使用。在严重故障状态下，设备的温度明显升高，假若继续使用设备会引发较大的危害，对于此类设备需要马上停止使用进行检查维修。神经网络的独特之处在于其具有并行处理、非线性映射、自我适应能力等特点，以神经网络为基础开发的设备故障方法有贝叶斯正则化反向传播神经网络、深度神经网络等，这些方法在设备故障诊断方面取得了较好的成绩。

3 红外测温技术在GIS故障诊断中的应用

3.1 红外测温技术在GIS内部故障诊断中的应用

引发GIS内部故障的诱因通常有内部导体的连接不良（比如，螺栓没有按规定的力矩安装固定、触指弹簧的压力较低等）、断路器或者隔离开关合闸没有到位、GIS设备内部的绝缘器件受潮或者使用时间过长等。

对GIS内部故障的诊断主要是通过分析GIS设施外表温度分布场及温度的变动趋势来完成的。GIS发生内部故障时其热分布图的特点包括以下3点。

（1）GIS发生内部故障时的热源主要来自于导体连接处、断路器及隔离开关触头联合处等位置。

（2）GIS内部故障会引起热流由底部向上部的转移，这使得设备的顶端温度要显著高于底端的温度，对于水平状的GIS设备，热分布表现为设备的顶端温度最高，周围的温度逐渐降低。

（3）GIS内部故障的热辐射范畴通常相对较大，在GIS设备上主要体现为在较大的范围内存在热特征图像。

3.2 红外测温技术在GIS外部故障诊断中的应用

GIS设备外部接地模式主要有两种，分别是分段绝缘和全链多点接地。考虑到后者产生的外表漏磁程度低、感应要求的电压水平低等优势，多点接地方式的安全性要明显优于一点接地方法。为此，现阶段运用的GIS设备大多都是运用多点接地方法，不过这种接地方法也有不足之处，即会受到较为明显的电磁感应影响，因而会引发大规模的环流，环流值通常会达到设备内导体电流值的70%～90%。造成GIS设备温度上升的原因主要包括GIS设备的接地点接触不良、法兰面间接触不良、法兰面用于固定作用的螺栓力矩没有达到标准要求等。尽管GIS设备环流导致的外表温度上升并不会对设备的正常运行产生直接影响，但是，假若GIS设备长时间在高温环境中运行就会使得GIS绝缘器件的正常使用时间大大缩短，同时还会导致密封器件提前报废，密封的效果大大减弱，从而引发气体泄露。从上文的分析可以发现，GIS设备的环流而引起的法兰等位置温度上升需要提起高度重视，在判断故障时需要参考设备接头类红外热像判断准则。

GIS设备发生外部故障时的热分布特征主要体现为以下3点。

（1）热源主要来自于GIS设备外表多点接地同时三相分箱的装备中，温度上升的位置主要集中于导流排连接面、法兰面用于安装螺栓的部位等。

（2）GIS设备外部故障引起的热辐射范围相对较小，温度上升的位置较为集中突出，温度上升十分明显，在监测时很容易就能发现。

（3）温度上升和GIS设备的承载量之间存在着显著的正向关联性，即设备的承载量越大，温度上升幅度越大。

4 结语

随着红外测温技术及测温仪器的不断完善，红外测温技术在GIS设备故障诊断中的应用越来越广泛，而且这种诊断技术抵抗电磁干扰的能力很强，不需要接触具体的设备就可以远程诊断，故障辨别能力强，这使得红外测温技术成为GIS设备故障诊断的常用方法。

参考文献

[1] 周侣，崔昊杨.红外测温技术在电力设备故障诊断中的应用[J].上海电力学院学报，2016，32（6）：543-546.

[2] 陈仁刚，冯新岩，辜超，等.红外测温技术在GIS故障诊断中的应用[J].高压电器，2015，51（9）：190-194.