红外测温窗口结合巡检机器人在高压开关柜测温中的研究应用

2019-11-25王纪渝叶强杨超超田亮刘娅玲夏伦奇

中国设备工程 2019年21期

王纪渝，叶强，杨超超，田亮，刘娅玲，夏伦奇

（1.云南电网有限责任公司，云南昆明 650000；2.保山供电局，云南保山 678000；3.南京蓝芯电力技术有限公司，江苏南京 210000）

随着社会和经济快速发展，广大用户对供电可靠性提出更高的要求。高压开关柜作为电力企业的重要生产设备，其在运行过程中容易出现器件老化、松动等现象，导致绝缘下降或接触电阻过大引起放电或温度异常升高，常常发生设备损坏或爆炸等安全事故。电力设备定期或实时监测是确保设备长期稳定运行的关键。为保障高压开关柜安全稳定运行，通过红外热成像仪或紫外成像仪对高压开关柜内的元器件和电气连接点进行温度检测十分必要。

高压开关柜带电运行时，一方面巡检人员无法直接打开柜门对内部元器件进行检测，另一方面红外线和紫外线因自身特点无法穿透柜体铁皮和普通观察窗，因此，当前高压开关柜巡检时，无法实现柜内节点温度实时采集。为解决这一问题，笔者通过调研交流，提出一种红外测温窗口结合巡检机器人的高压开关柜柜内测温新方法。

因此，在开关柜柜门上加装一种可以满足防护和防爆等级要求的，能透过红外线和紫外线的红外测温窗口将有效的解决这个难题，结合智能巡检机器人，实现高压开关柜高效率、实时无损检测，大大提高高压开关柜的运行稳定性。

1 红外测温窗口原理

红外线（Infrared）是波长介于微波与可见光之间的电磁波，任何高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。红外线可分为三类：近红外线、中红外线和远红外线。

中波红外在大气中基本没有明显衰减,测量精度受距离影响很小，远近距离测量时都比较适合，测温范围也比较宽，所以，大部分红外热成像仪都普遍使用中波红外。中红外波段无法穿透普通玻璃和常见材料，包括高压开关柜铁皮。红外测温窗口是一种专门针对近红外线和中红外线所做研发的特种晶体材料，内部分子呈现等距和规律排布，当红外线入射时能够顺利穿过分子间隙，可靠实现穿透式红外测温。

2 红外测温窗口应用方案及不足

红外测温窗口安装在高压开关柜上红外测温窗口采用氟化物晶体，拥有耐高温、高强度和高气密性，安装在高压开关柜上，既能满足红外测温仪不开柜门测温，又能满足高压开关柜防护和防爆等级要求。

巡检人员通过手持红外热像仪或点温枪对柜内设备进行测温检测，根据检测数据进行分析和判断。红外测温窗口测温检测和缺陷划分标准包括三种：一般缺陷：温差不超过15K，未达到重大缺陷要求；重大缺陷：热点温度≥90℃或相对温差δ≥80%；紧急缺陷：热点温度≥130℃或相对温差δ≥95%。

目前通过温度判断设备状态主要包括2种方法：热点温度法和相对温差法。设备热点温度绝对值判断一般需要在设备发热时及时检测出实际温度，通过缺陷判断的温度值进行判断并发现问题。相对温差判断需要巡检人员频繁检测，积累横向数据和纵向数据进行对比，计算出相对温差百分比。

热点温度法和相对温差法两种判断方法都存在时效性和频繁性的问题，对巡检人员劳动强度和工作经验提出了较高要求。

3 巡检机器人测温方案

鉴于人工方式在高压开关柜巡检测温中存在的时效性、个体数据分析差异大的问题，无法可靠实现柜内设备的发热检测和隐患预警。考虑到变电站巡检机器人已经较为普及，因此，提出红外测温窗口结合巡检机器人测温方案。

巡检机器人具备智能神经和视觉算法，匹配高精度红外热成像传感器，支持定时、定点、紧急、应急等多种巡检模式，以及海量数据存储和分析。

巡检机器人测温方案流程如图1所示。巡检机器人录入开关室内需要测温的柜子和窗口，依据站内开关柜空间位置，计算机器人行走路径和检测顺序，结合红外窗口定位标点和机器人视觉分析功能，确定每个红外窗口在开关柜上的位置和测量角度，自动生成高压开关柜温度巡检方案。

图1 巡检机器人测温方案流程图

巡检机器人红外摄像头透过红外测温窗口对内部进行红外热成像测温，每个窗口内部节点温度数据自动匹配数据库地址保存，应用数据库编程方法开发高级应用，实现数据实时分析以及关联数据分析，得出高压开关柜温度巡检结果，以及相关温升曲线图，所见即所得。

高压开关柜加装红外测温窗口结合变电站现有巡检机器人开展测温的方法，可以高频次、高可靠性地对高压开关柜柜内电气设备和关键节点进行无损检测，结合算法应用，及时发现设备运行潜在安全隐患和故障，大大提高运行可靠性。

4 试验结果

为验证高压开关柜加装红外测温窗口结合变电站现有巡检机器人开展测温方法的有效性，保山供电局在其所辖典型110kV变电站内开展试点应用。通过在35kV和10KV开关柜上加装50个红外测温窗口，结合巡检机器人开展为期一个月的温度巡检试验，为验证本文方法的优势，同步进行人工巡检测温并记录。现场应用如图2，试运行数据及其对比如图3所示。