廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司肇慶供電局 曾祥偉 楊 喆 鄭耀華

在電力運(yùn)行過程中，出現(xiàn)故障的主要原因大多數(shù)是由于電力設(shè)備溫度過高、發(fā)熱引起，對(duì)電力設(shè)備實(shí)施溫度自動(dòng)巡檢是電力運(yùn)行的保障。在電力線路建設(shè)過程中，由于路徑的限制，許多架空線不得已轉(zhuǎn)為地下電力電纜。在架空線改為地下電纜處大部分會(huì)采用電纜終端場(chǎng)的形式實(shí)現(xiàn)。紅外測(cè)溫技術(shù)檢測(cè)設(shè)備溫度方面具有直觀、非接觸性的優(yōu)勢(shì)，在巡檢電力設(shè)備中應(yīng)用范圍廣泛。電纜終端場(chǎng)采用紅外熱成像進(jìn)行測(cè)溫，僅需將紅外鏡頭對(duì)被測(cè)部位拍攝即可獲取該部位的溫度[1]。紅外成像是通過紅外裝置測(cè)量輻射的紅外線，將功率信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化形成電信號(hào)，經(jīng)過電子系統(tǒng)再轉(zhuǎn)化為溫度的圖像到屏幕中，最終獲取熱分布圖像。

電纜終端場(chǎng)紅外測(cè)溫自動(dòng)巡檢系統(tǒng)可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對(duì)紅外圖像進(jìn)行分割處理，能實(shí)時(shí)測(cè)溫并傳輸數(shù)據(jù)[2]。傳統(tǒng)的測(cè)溫方法拍攝到的紅外圖像只能存儲(chǔ)在存儲(chǔ)卡中手動(dòng)上傳到電腦，存儲(chǔ)空間有限，對(duì)數(shù)據(jù)的安全性存在隱患。電纜終端場(chǎng)紅外測(cè)溫自動(dòng)巡檢系統(tǒng)將數(shù)據(jù)及時(shí)上傳到系統(tǒng)的服務(wù)器中并生成報(bào)表，安全性高，有利于監(jiān)控電纜終端場(chǎng)電力設(shè)備地運(yùn)行。傳統(tǒng)人工運(yùn)維巡檢周期長(zhǎng)，往往在故障、威脅發(fā)生一段時(shí)間后才能發(fā)現(xiàn)。紅外測(cè)溫是實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，在發(fā)現(xiàn)異常時(shí)上報(bào)平臺(tái)，通知運(yùn)維人員及時(shí)處理。紅外測(cè)溫在電力設(shè)備故障檢測(cè)計(jì)算分析方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)，因此提出了電纜終端場(chǎng)紅外測(cè)溫自動(dòng)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在電力線路建設(shè)過程中，由于路徑的限制許多架空線不得已轉(zhuǎn)為地下電力電纜。在架空線改為地下電纜處大部分會(huì)采用電纜終端場(chǎng)的形式實(shí)現(xiàn)。電纜終端場(chǎng)/塔一般會(huì)在塔身或塔下設(shè)置電纜固定支架平臺(tái)，電纜終端頭、避雷器等設(shè)備安裝在平臺(tái)上，電纜終端頭用于連接架空線和電纜。

本文設(shè)計(jì)的電纜終端場(chǎng)紅外測(cè)溫自動(dòng)巡檢系統(tǒng)采用ETHERNET標(biāo)準(zhǔn)，與管理網(wǎng)連接，接口采用RS-194、RS-312通訊接口，通信協(xié)議采用ETHERNET IEEE 804.1，支持IPX、TCP IP。紅外測(cè)溫傳感儀器以探測(cè)器、FPGA板等組成。系統(tǒng)的最前端設(shè)置測(cè)輻射紅外儀器，是一種消耗功率較低的硬件，以分散形式排列分布。此硬件集合了避雷器和制冷器，確保各個(gè)組件都處于密閉狀態(tài)。硬件的陣列分布與電路相結(jié)合，結(jié)合脈沖振動(dòng)的方式對(duì)系統(tǒng)硬件的像素信號(hào)深入研究（圖1）。

圖1 電纜終端場(chǎng)紅外測(cè)溫硬件結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

電纜終端場(chǎng)紅外測(cè)溫自動(dòng)巡檢系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)完畢后，對(duì)該紅外測(cè)溫自動(dòng)巡檢系統(tǒng)軟件進(jìn)行以下設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的電纜終端場(chǎng)紅外測(cè)溫自動(dòng)巡檢系統(tǒng)以Visual為設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)。

2.1 系統(tǒng)功能

配置紅外測(cè)溫巡檢策略：配置電纜終端場(chǎng)紅外測(cè)溫對(duì)象（接線柱、套管、尾管），包括測(cè)溫目標(biāo)位置、測(cè)溫方式（點(diǎn)測(cè)溫、區(qū)域測(cè)溫）、目標(biāo)材質(zhì)及發(fā)射率、目標(biāo)距離、測(cè)溫巡檢時(shí)間。在線紅外測(cè)溫裝置會(huì)根據(jù)紅外巡檢策略進(jìn)行自動(dòng)巡檢測(cè)溫；微氣象輔助紅外測(cè)溫：在線紅外測(cè)溫裝置具有能采集現(xiàn)場(chǎng)微氣象數(shù)據(jù)（溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向、雨量、氣壓、光照度）功能，系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)氣候環(huán)境（微氣象）應(yīng)用于紅外測(cè)溫，排除氣候條件對(duì)紅外測(cè)溫帶來的影響。

2.2 自動(dòng)紅外診斷

系統(tǒng)內(nèi)置《DL/T 664-2016帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》中各類設(shè)備的熱缺陷診斷判據(jù)。獲取紅外測(cè)溫結(jié)果后，通過下述方法，結(jié)合診斷判據(jù)自動(dòng)分析診斷被測(cè)部位的熱缺陷狀態(tài)（正常、一般缺陷、嚴(yán)重缺陷、緊急缺陷）：表面溫度判斷法。根據(jù)設(shè)備表面溫度值，結(jié)合環(huán)境氣候條件判斷被測(cè)對(duì)象溫度是否超過閾值；實(shí)時(shí)分析判斷法。在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)監(jiān)測(cè)同一對(duì)像，觀察設(shè)備溫度隨負(fù)載、時(shí)間等因素變化，判斷相對(duì)溫差或絕對(duì)值是否超過閾值；三相比較判斷法。對(duì)同類設(shè)備三相之間對(duì)應(yīng)部位的表面溫度進(jìn)行分析判斷，判斷三相相對(duì)溫差是否超過閾值。

系統(tǒng)可根據(jù)紅外診斷結(jié)果自動(dòng)生成報(bào)告，包括線上報(bào)告和電子檔報(bào)告，方便運(yùn)維人員快速查看和批閱。

線上報(bào)告：在系統(tǒng)界面上直接查看，可快速獲取紅外診斷結(jié)果信息（可見光圖、紅外圖、氣候條件、測(cè)溫結(jié)果、可信度），還可通過測(cè)溫曲線的了解測(cè)溫點(diǎn)溫度變化情況：表面溫度判斷法。根據(jù)設(shè)備表面溫度值，結(jié)合環(huán)境氣候條件，判斷被測(cè)對(duì)象溫度是否超過閾值；實(shí)時(shí)分析判斷法。在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)監(jiān)測(cè)同一對(duì)像，觀察設(shè)備溫度隨負(fù)載、時(shí)間等因素變化，判斷相對(duì)溫差或絕對(duì)值是否超過閾值；三相比較判斷法。對(duì)同類設(shè)備三相之間對(duì)應(yīng)部位的表面溫度進(jìn)行分析判斷，判斷三相相對(duì)溫差是否超過閾值。

可導(dǎo)出Word版報(bào)告，方便運(yùn)維人員批閱。

2.3 電纜終端場(chǎng)紅外測(cè)溫工作原理

電纜終端場(chǎng)電氣設(shè)備由于接觸不良、材質(zhì)損耗等因素導(dǎo)致熱缺陷，會(huì)引起溫度升高。對(duì)電纜終端場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行測(cè)溫，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障部位。電纜終端場(chǎng)測(cè)溫主要關(guān)注電纜終端頭、避雷器、線夾，其中電纜終端頭的測(cè)溫是重點(diǎn)。電纜終端場(chǎng)采用紅外熱成像進(jìn)行測(cè)溫，僅需將紅外鏡頭對(duì)被測(cè)部位拍攝即可獲取該部位的溫度。電纜終端頭（每回路有三相）是架空線轉(zhuǎn)向電纜的過渡部分，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、極易發(fā)生故障，需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。電纜終端頭測(cè)溫部位主要有接線柱、套管和尾管。

2.4 實(shí)驗(yàn)分析

為驗(yàn)證本文提出的電纜終端場(chǎng)紅外測(cè)溫自動(dòng)巡檢系統(tǒng)的有效性，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)分析。本文實(shí)驗(yàn)采用對(duì)比的方法，將本文提出的自動(dòng)巡檢系統(tǒng)與傳統(tǒng)的巡檢系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析。在接線柱、套管、尾管紅外圖配置測(cè)溫區(qū)域（矩形），測(cè)溫時(shí)即可獲取測(cè)溫區(qū)域的最高溫。如圖2左列是可見光圖、右列是紅外圖。

圖2 接線柱測(cè)溫

本文提出的電纜終端場(chǎng)紅外測(cè)溫自動(dòng)巡檢系統(tǒng)，對(duì)電纜終端場(chǎng)電力設(shè)備的巡檢診斷結(jié)果誤差率較傳統(tǒng)系統(tǒng)巡檢的誤差率存在較大差異，本文提出的巡檢系統(tǒng)自動(dòng)診斷結(jié)果的誤差率較低，相對(duì)的故障診斷結(jié)果準(zhǔn)確性較高，因此，本文提出的電纜終端場(chǎng)紅外測(cè)溫自動(dòng)巡檢系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)電力設(shè)備的故障診斷起到了重要的作用。

綜上，針對(duì)電纜終端場(chǎng)電力熱設(shè)備故障等問題，本文提出了電纜終端場(chǎng)紅外測(cè)溫自動(dòng)巡檢系統(tǒng)。首先對(duì)自動(dòng)巡檢系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其次對(duì)自動(dòng)巡檢系統(tǒng)的軟件進(jìn)行了改進(jìn)。選擇紅外測(cè)溫自動(dòng)巡檢精度及范圍；計(jì)算出電纜終端場(chǎng)溫升與溫差，判斷出故障的嚴(yán)重程度，對(duì)紅外測(cè)溫圖像進(jìn)行濾波預(yù)處理，最終基于紅外測(cè)溫圖譜數(shù)據(jù)對(duì)熱設(shè)備故障進(jìn)行診斷。實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的自動(dòng)巡檢系統(tǒng)對(duì)設(shè)備故障診斷的誤差率更小，有效地提高了電纜終端場(chǎng)故障診斷的準(zhǔn)確率。