周 婕，徐丽娟，徐 伟，周咏晨

（国网上海电缆公司，上海 200072）

0 引 言

新时期，我国社会经济水平的逐渐提升为电力行业的发展带来了机遇。在电力行业发展中，确保供电系统安全是重点问题。做好供电系统一方面能够提升电力企业的竞争力，另一方面也是保证人们工作和生活的关键[1]。电力电缆作为电力能源传输的关键环节，密切监测电力电缆的温度能有效保障其可靠运行。

电力电缆的热效应是电缆出现异常和故障的原因之一。电缆线路红外成像技术的普及应用是目前研究的重点。电缆线路红外在线监测系统应能实现对电缆本体、接头、终端及接地系统等热辐射的监测与分析。测量和分析电缆线路由负荷电流和电场分布所引起的温度变化，综合分析同一终端在一定时间段内连续测量的红外图片，可评估电缆线路的运行状态和健康状况。由于缺乏大量的沉淀数据，因此对于红外成像检测结果的判断只能依托运维经验，这就给判定结论的准确性带来了很大挑战。

随着物联网和大数据分析能力的提高，物联网和智能机器学习等先进技术为实现电力电缆数据的自动采集和资产数据的集中统一管理提供了更多可能性。基于大数据分析红外成像技术[3]，实现了“制定工作任务→测试服务→上传数据→形成报告”的完整流程。基于红外成像图片测试数据智能分析，结合相关信息进行综合分析，如利用大数据进行积累、学习以及应用，利用格式化数据进行机器学习，利用多维度的数据进行综合比较和智能预测等。

1 电缆红外成像测温技术

1.1 红外成像技术

该技术基于被测电缆的致热效应，通过红外检测仪接收被测物体存在的“热辐射”，将其转换成电信号，并在电子处理下生成红外线图谱。在红外成像分析系统中，相应数据输入后形成温度曲线。通过这种方式分析电缆运行是否正常，红外线检测仪可以吸收的波长范围一般为2～14 μm。红外成像原理如图1所示。

1.2 检测步骤

仪器开机，校准内部温度，待图像稳定后设置仪器的参数。根据被测电缆的材料设置辐射率，被测电缆在一般检测时的辐射率通常为0.9。仪器的色标温度量程一般取+10～20 K的温升范围。开始测温时，通过远距离方式全面扫描所有被测电缆，利用彩色显示调节图像，使图像显示更加清晰，同时结合热点跟踪和区域温度跟踪等数值测温手段开展实际的检测工作，充分利用仪器功能保证检测效果最佳。环境温度出现较大变化时，应重新校准仪器内部温度。存在异常时，需要做好精准检测工作保证结果的准确性。测温时，应确保现场实际测量距离满足电缆最小安全距离和仪器有效测量距离等要求[4]。

图1 红外成像原理示意图

1.3 功能特点

红外成像仪操作简单且质量较轻，在电缆温度巡视上更加方便。例如，ThermaCAMTME2加电池才0.7 kg，便于携带和使用。

仪器使用时，通过液晶显示屏动态显示的方式可以动态扫描电缆温度的图像，在菜单操作模式下进行良好的人机交互操作。同时，利用通信口在计算机中输入图像信息进行后台处理，通过扫描得到电缆温度，从而大幅提升了工作效率。

红外热成像仪采用图像扫描的工作方式，可测得扫描范围内的电缆温度，有超过允许温度值的情况发生时，会及时发出报警。因为它有较高的测温效率，所以大大提升了电缆测温的频率，从而能够及时掌握电缆的温度情况。采用测试仪可以一边巡视电缆，一边测量电缆温度，两项工作同步开展，从而更加有效地掌握电缆的温度情况。

有效获得温度图像能够实现对电缆故障的良好分析。因为测量的电缆温度图像上有较多的温度信息，所以能够测量出电缆各点温度的分布情况。利用相应的温度分布信息，可更加直观地找到电缆的内部/外部故障。

1.4 应用效果

变电站的电缆巡视中，对电缆运行情况的判断通常是利用目测、耳听以及鼻嗅等方法，存在很大的局限性，导致处于发展中的缺陷不容易被发现。特别是电缆内部缺陷，发现时问题可能已经较为严重，往往会对电缆产生一定的破坏。应用红外成像测温技术，可在短时间内找出缺陷类型及位置，确保电力系统的安全，具有较大的应用优势。

1.5 红外热成像仪的功能与优势

在测量电缆表面温度时，红外热成像仪能够得出电缆内部热消耗的实际情况，从而分析电缆是否存在缺陷。此外，红外热成像仪能够直观地显示热点温度，且热图像也更加直观，具备储存功能的同时可以将其打印出来。

该技术可以进行定量测量也可以进行定性成像，同时对温度及空间分辨率也较高，即使温差较小也可以很好地辨识出来。在屏幕上可以直观显示实时热图像，有助于建立热图像数据库，实现图像的采集、储存以及分析。使用红外热成橡仪检测电缆，能够在远距离情况下实施扫描巡检。因为它不与电缆接触，所以可以保证工作人员的人身安全。

通过红外热成像仪检测电缆与摄像机录像原理较为相似。实际应用过程中，可以实现大面积检测，不仅速度较快，而且准确性较高，可有效找出与运行电流和电压电流有关的电缆缺陷，同时能判断缺陷的性质、程度以及实际位置等。

2 基于大数据分析的红外成像技术

2.1 智能分析系统功能架构

系统的功能框架包含应用首页、任务管理、智能诊断以及基础数据等部分。系统应用首页可进行红外任务和整体诊断结果的集中展示，并提供功能菜单，用以选择具体红外任务管理和智能诊断功能。任务管理功能模块具备的功能较多，包括任务建立、下达、图片上传、任务终结以及完成情况统计等功能，可实现闭环的红外图像诊断任务流程。智能诊断功能模块包含红外诊断所需的设备智能分区和依据配置的诊断规则进行的智能诊断功能，也包含设备关联分析及充油设备油位检测等高级应用功能。通过目标识别和边缘检测，可对温度变化的目标进行识别和边缘检测。图像分割技术检测图像的边缘，以识别不同的设备。

利用Canny算法进行边缘检测。Canny算法包括噪声去除、计算梯度与方向角、非极大值压缩以及滞后阈值化等步骤。检测红外变化的区域，可得到不同位置温度变化的区域边界。通过温度变化检测时间序列的预测，利用时序的预测模型LSTM预测温度的变化情况，计算历史数据和历史拟合的数据变化情况，从而给出温度的上下涨落。利用预测的值和上下的涨落，可判断温度是否超出阈值。

基础数据包含PMS接口功能，可导入设备和人员信息，支撑红外任务管理和红外任务执行管理。基础数据部分包含解析且格式统一的电力设备红外图片库、红外分区以及诊断样本库等，可作为红外智能诊断的数据基础。

2.2 系统运维实施方案

红外带电检测数据智能分析系统运维主要实现红外检测数据和业务流程的统一管理，进一步提高了红外缺陷诊断的智能化水平。它的主要建设内容包括主设备红外样本库运维、红外图像智能诊断算法运维、智能诊断分析系统运维、任务管理及全景展示。

2.3 智能运维平台应用

红外任务和执行情况的集中展示能够批量展示红外任务下发与执行情况，显示电网总体红外任务数量与执行情况，还能够通过点击地图上各部分地理区域，查看各地市红外任务与执行数量情况。红外任务与执行情况如图2所示。

图2 红外任务与执行情况展示

红外缺陷诊断结果显示，对已经完成诊断的红外图片可选择单个展示诊断结果或批量展示诊断结果。对同类型电缆，可进行分相比对和历史数据比对展示。其中，历史数据比对展示如图3所示。

图3 历史数据比对展示

3 试 验

对不同类型的电缆采用相应的判断方法和判断依据，并由热像特点进一步分析电缆的缺陷特征，从而可判断电缆的缺陷类型。

3.1 判断方法分析

表面温度判断法是通过检测电缆表面温度值，在得到实际数据后，根据GB/T 11022—2011《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》中的相关规定，与负荷数据值和环境气候情况相结合，对电缆缺陷做出判断。

同类比较判断法是根据同组三相电缆、同类电缆以及同相电缆存在的温差，通过对比找出缺陷所在。

相对温差判断法适用于小负荷电流致热型电缆的缺陷判断，可以提升判断准确率。当电流致热型电缆的发热点温升值小于15 K时，不宜选择这一方法判断电缆缺陷。

档案分析判断法是分析同一电缆温度场不同时期的分布，从而得到该电缆致热参数的实际变化情况，从而判断其是否存在缺陷。

实时分析判断法是在一段时间内通过红外热像仪对电缆进行连续检测，分析电缆温度在不同时间和负载下的变化情况。

3.2 缺陷类型的确定与处理措施

温度异常会对电气设备的运行产生一定的影响。缺陷类型一般分为一般缺陷、严重缺陷以及紧急缺陷3个等级。

一般缺陷是指电力电缆存在过热、温度分布有差异的情况，一般仅做记录，不会引发电力电缆故障，可通过定期或不定期停电（或周期）检修工作消除缺陷。通常情况下，若电力电缆温升小、负荷率低且相对温差大，在改变负荷条件时，需要通过复测负载提升后的电流分析电缆缺陷的实际情况，否则视为一般缺陷，记录在案。

严重缺陷是指电力电缆存在过热或出现热像特征异常的情况。程度较严重时，应早作计划，及时处理。例如，增加对电缆的监测，了解在温度发生变化时电缆负载所产生的变化，尽可能控制缺陷的产生。

紧急缺陷是指电力电缆热点温度（或温升）超过规定的允许限值温度（或温升）的情况，应立即安排电力电缆进行消缺处理或使电力电缆带负荷限值运行。

4 结 论

基于大数据分析实现面向精益运维、精益检修以及精益管控的应用场景，可有效增强电力电缆的全状态量感知力、管控力以及电力安全生产保障能力，进一步提高运检精益管理水平。