夏志雄

（國(guó)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(guò)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(shì)。但此種檢修方式僅適用于對(duì)配電設(shè)備外觀缺陷的檢測(cè)，對(duì)于配電設(shè)備中的一些隱蔽性故障卻束手無(wú)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(cè)溫技術(shù)，通過(guò)對(duì)設(shè)備表面溫度的及時(shí)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(duì)配電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。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(cè)溫技術(shù)，設(shè)計(jì)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(cè)溫診斷方法

當(dāng)前，常用的紅外線溫度檢測(cè)技術(shù)主要有：測(cè)定表面溫度、相對(duì)溫差的測(cè)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(cè)溫的基本理論，對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行了表面溫度的測(cè)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(duì)溫差判斷法。利用紅外測(cè)溫的基本理論，通過(guò)對(duì)功率器件的溫升進(jìn)行測(cè)溫，通過(guò)以下公式求出器件的相對(duì)溫差，從而確定器件的故障等級(jí)。

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(duì)稱、三相設(shè)備相等的前提下，采用相似的方法可以檢測(cè)電流激勵(lì)設(shè)備相應(yīng)位置的溫度，從而確定設(shè)備有無(wú)故障。如果三相裝置在同一時(shí)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(duì)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(shí)，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(guò)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(guò)二者的比較來(lái)判定其是否有故障。

將配電設(shè)備的紅外輻射過(guò)程作為一個(gè)紅外線反饋信號(hào)檢測(cè)的過(guò)程，當(dāng)發(fā)射端在對(duì)檢測(cè)目標(biāo)進(jìn)行紅外探測(cè)時(shí)，發(fā)射的信號(hào)將以功率的方式進(jìn)行傳輸，但信號(hào)的功率會(huì)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(hào)的衰減，需要輔助使用光學(xué)檢測(cè)儀器，將其聚焦在探測(cè)器中，將目標(biāo)檢測(cè)對(duì)象反饋的信號(hào)作為可以直接處理的電信號(hào)，并在接收端通過(guò)對(duì)信號(hào)放大處理的方式，對(duì)輻射信號(hào)以二維熱圖像的方式，進(jìn)行目標(biāo)溫度場(chǎng)展示。

在檢測(cè)過(guò)程中明確，任何一種物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)或運(yùn)行過(guò)程中都會(huì)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(gè)具有溫度的設(shè)備，運(yùn)行時(shí)會(huì)隨時(shí)隨地散發(fā)紅外熱量。對(duì)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(zhǎng)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(huì)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(duì)設(shè)備表面進(jìn)行探測(cè)，便是對(duì)紅外設(shè)備不同輻射產(chǎn)生溫度場(chǎng)的探測(cè)?？梢栽谡莆赵O(shè)備外表面溫度場(chǎng)的變化后，對(duì)其表面具體測(cè)點(diǎn)溫度的推測(cè)，通過(guò)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(duì)配電設(shè)備運(yùn)行溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

2 配電設(shè)備狀態(tài)缺陷類別劃分

通過(guò)紅外測(cè)溫技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電設(shè)備外表面溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)感知后，可以通過(guò)反饋信號(hào)局部過(guò)熱信息的表達(dá)方式，進(jìn)行熱故障信息的描述。此時(shí)，熱故障中心顯示的溫度點(diǎn)便是熱力場(chǎng)的中心分布點(diǎn)，通過(guò)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(duì)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(dòng)，從而消耗有功電能的過(guò)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(wú)功供電行為，對(duì)配電設(shè)備介質(zhì)損耗量的計(jì)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(jì)算單位為W；U表示為配電設(shè)備交流電壓，計(jì)算單位為V；ω表示為電流余量，計(jì)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(shí)間，計(jì)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(guò)上述計(jì)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(guò)基礎(chǔ)參數(shù)的計(jì)算得出。設(shè)定P的有效取值范圍，根據(jù)計(jì)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(duì)計(jì)算結(jié)果與配電設(shè)備不同檢測(cè)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(cè)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(cè)，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(chǎng)異常。當(dāng)檢測(cè)中出現(xiàn)隨著配電設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的增加溫度增加的現(xiàn)象時(shí)，說(shuō)明此時(shí)的故障屬于電壓與電流故障，計(jì)算此時(shí)的損耗量，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電設(shè)備故障的匹配，將此過(guò)程表示為下述計(jì)算公式。

式中，RI表示為電阻電流，計(jì)算單位為A；CI表示為配電設(shè)備連接線路電流，計(jì)算單位為A；γ表示為配電設(shè)備電流與電壓故障。針對(duì)滿足上述計(jì)算公式（2）需求的狀態(tài)，可以直接采用現(xiàn)場(chǎng)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(guò)相對(duì)溫度電流差計(jì)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(guò)對(duì)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(shí)，應(yīng)注意對(duì)輻射反饋信號(hào)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(shí)，應(yīng)做好對(duì)實(shí)體表面缺陷的識(shí)別，并采用信號(hào)補(bǔ)償?shù)姆绞剑瑢?shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)范圍的方式，將異?，F(xiàn)象圈定在一個(gè)相對(duì)較小的范圍，以此種方式，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障現(xiàn)象的精準(zhǔn)檢測(cè)與處理。

4 實(shí)例應(yīng)用分析

為證明本文提出的紅外測(cè)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(jì)后，下面將通過(guò)實(shí)踐的方式，對(duì)設(shè)計(jì)方法的可行性進(jìn)行證明。

首先針對(duì)基于紅外測(cè)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(hào)電容器組異響且聲音較大的問(wèn)題。為了探究異?，F(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因，引入紅外測(cè)溫技術(shù)，針對(duì)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(hào)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(hào)電容器保護(hù)和自動(dòng)化功能均能夠通過(guò)邏輯編程實(shí)現(xiàn)，同時(shí)兼有遙測(cè)、遙控、遙信等功能。在GE Grid Solutions電容器上配備了測(cè)量模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)各種測(cè)量，計(jì)量精度均能夠達(dá)到0.5級(jí)。為了驗(yàn)證本文檢修方法的可行性，首先針對(duì)電容器組各相支撐絕緣子絕緣電阻值進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果記錄如表1所示。

表1 檢修方法對(duì)支撐絕緣子絕緣電阻值的測(cè)定結(jié)果

從表1中得到的測(cè)量結(jié)果可以看出，在對(duì)絕緣電阻A相進(jìn)行測(cè)定時(shí)，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(shuō)明在1號(hào)電容器A相上存在絕緣性能劣化的問(wèn)題。通過(guò)上述得出的測(cè)定結(jié)果可以初步判斷，本文提出的引入紅外測(cè)溫技術(shù)的配電設(shè)備狀態(tài)檢修方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變電站電容器異常絕緣性能檢測(cè)。同時(shí)，通過(guò)得出的測(cè)定結(jié)果可以看出，在百能電站交流電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)損耗會(huì)逐漸增加，造成了電容器絕緣子異常發(fā)熱現(xiàn)象，同時(shí)，也會(huì)造成與該絕緣子相連接的固定扁鐵產(chǎn)生對(duì)地放電。針對(duì)這一缺陷問(wèn)題，若不進(jìn)行及時(shí)修復(fù)則會(huì)造成配電設(shè)備接地故障問(wèn)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(duì)紅外測(cè)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(shì)，選擇針對(duì)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(cè)定，按照本文上述檢修流程對(duì)其溫度進(jìn)行測(cè)定，并將其與實(shí)際套管溫度進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)對(duì)3種存在不同缺陷問(wèn)題的套管溫度進(jìn)行測(cè)定，并計(jì)算得出本文檢修方法測(cè)定結(jié)果的相對(duì)溫差值，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)檢修方法檢修精度的比較。相對(duì)溫差的計(jì)算公式為：

式中，λ表示為相對(duì)溫差值；2τ表示為利用紅外測(cè)溫技術(shù)測(cè)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(jì)算得出在3種不同缺陷問(wèn)題下的測(cè)定結(jié)果相對(duì)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(cè)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(duì)套管溫度進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)溫差均在1.50%以下，說(shuō)明具備了一定測(cè)定精度，證明將紅外測(cè)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(yǔ)

本文對(duì)基于紅外測(cè)溫技術(shù)的配電設(shè)備狀態(tài)檢修方法展開設(shè)計(jì)。完成設(shè)計(jì)后，為了證明此次研究的技術(shù)具有一定可行性，選擇市場(chǎng)內(nèi)某電力企業(yè)作為實(shí)驗(yàn)單位，通過(guò)實(shí)例應(yīng)用的方式，證明了本次設(shè)計(jì)的檢修方法與引進(jìn)的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電設(shè)備狀態(tài)的精準(zhǔn)識(shí)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(cè)試，掌握此方法使用存在的局限性，并以此為依據(jù)，提出對(duì)應(yīng)的整改策略。以此種方式，為我國(guó)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。