基于无线传输技术的变电设备红外测温装置研制

赵新语，吴胥阳，黄晓峰，王颖剑，张健聪

(国网金华供电公司，浙江 金华 321000)

温度是衡量电气设备是否正常运行的一项重要指标[1-2]。电网运行经验表明，导体间接触不良、接地部位产生悬浮电位、金属或绝缘部位的异常放电等都可能造成电气设备的温度异常[3-6]，进而引起绝缘材料的加速老化、金属接头粘连，还可能造成设备损坏并中断电力供应，对经济产生严重损失及负面社会影响。因此，如何对电气设备开展全方位的测温工作、及时发现过热隐患是保证电网安全稳定运行的关键因素之一。

目前电力系统基本采用红外测温技术实现设备的温度监测。红外测温具有非接触、安全可靠、检测速度快、判断准确、操作方便等优点[7-9]，是提前发现并诊断设备发热的一种有效方式[10-15]。但在变电站实际应用过程中，部分设备的特殊部位(如变压器套管末屏、变压器低压侧套管接头、开关柜母线桥等)被其他部件或设备遮挡，导致作业人员难以在地面上直接观测到被遮挡部位的温度，出现红外测量盲区。实际工作中，往往需要借助升降机或人字梯等登高设备以避开遮挡物来完成测温。

然而，这种方式不仅费时费力，还增加了工作人员高处坠落和触电的风险。为此，有必要研发一套能够安全高效地实现对设备盲区检测的红外测温装置，这对于及时发现过热缺陷、提升工作效率以及避免安全事故(事件)的发生具有重大意义。

本文从测量盲点与安全风险的产生原因出发，研发了一种由智能红外仪、可伸缩式绝缘杆、智能手持设备、智能小车以及无线传输技术相结合的新型红外测温装置。

1 手持式红外仪在实际应用中的不足

以测量主变高压侧倾斜式套管末屏温度为例，当作业人员站在地面上对主变套管末屏进行红外测温时，由于主变散热片等物体的遮挡，图1中蓝线以下区域无法直接观测到主变套管末屏的温度。如果作业人员通过向远离主变方向移动以避开遮挡物，此时红外仪与末屏距离将超过20 m，甚至更远，所测温度将会与其实际温度相差较大。因此，作业人员在地面上无法直接使用传统手持式红外测温仪测出类似主变套管末屏等位置的真实温度。

为解决上述问题，需借助升降车或人字梯将工作人员送至蓝线上方位置进行测量，如图2所示。但是，该方法使作业人员与上方红色带电区域的距离减小，增加了作业人员触电和高处坠落的风险。同时，升降设备的加入，不仅使现场测量时间大大延长，还需要增加额外的作业人员。

测量完成后，现有手持式红外测温仪所拍摄的照片，必须通过专用连接装置与电脑等智能处理设备相连接，然后将照片导入并进行后续处理和分析，费时费力。

2 新型红外测温装置的研制

2.1 新型红外测温装置的研发思路

要解决测量盲区问题，需要红外仪位于较高位置，避开高处坠落和触电风险，还应避免测温人员登高作业。因此，必须实现测温人员与红外仪的分离。

实现作业人员与红外仪分离后，两者之间仍然需要进行通信，以达到作业人员控制红外仪完成测温的目的。两者通信可采用有线通信和无线通信，考虑到有线传输并不能彻底实现两者的分离，作业人员仍有一定触电风险，因此选用无线传输方式。

另外，由于遮挡物高度不同，要求红外仪能处于不同高度位置，也就是要在垂直方向上下移动。这就要求红外仪的支撑装置必须具备可伸缩的调节功能，以便将红外仪送至不同高度。综合考虑装置的安全问题，选用可伸缩式绝缘杆作为红外仪的支撑装置。

2.2 新型红外测温装置的结构

针对手持式红外仪在应用中的不足，考虑到功能性、智能性和安全性，设计的红外测温装置主要包括伸缩式绝缘杆、智能红外仪、智能手持设备、智能小车以及无线传输等部分。以主变倾斜式套管末屏温度测量为例，基于无线传输技术的红外测温装置的结构如图3所示。

2.3 新型红外测温装置的实现原理

根据电动推杆的工作原理，将原有绝缘杆的结构进行改造。通过电源控制绝缘杆自动伸缩，再利用固定装置将伸缩式绝缘杆与红外仪相结合，即可实现红外仪在垂直方向上随伸缩杆上下移动。

在解决盲区问题的同时，伸缩式绝缘杆的引入使红外探头与待测部位的距离减少，提升了红外测温的精准度。当选用220 kV绝缘杆时，能够保证在220 kV及以下变电站内，即使出现误碰带电部位，也能避免发生人身及设备事故(事件)，有效提升了红外测温工作的安全性。

伸缩式绝缘杆的工作电源由智能小车的内置电源提供。绝缘杆的伸缩命令以及小车的移动命令均由智能手持设备上的红外APP软件发出。智能小车与智能手持设备之间采用红外遥控方式，红外APP软件控制手持设备发射对应的红外控制信号，智能小车接收到红外信号并进行解码，然后执行相应指令，达到智能调节红外仪的空间位置，迅速寻找到被测对象。

在常规红外测温仪的基础上，加入无线通信模块，构成智能红外测温仪。智能红外仪利用无线发射模块产生无线局域网，智能手持设备通过无线局域网的搜索与认证，实现与智能红外仪的联接。两者之间的无线传输选用IEEE 802.11b协议，该协议采用2.4 GHz频带,最大数据传输速度可达11 Mb/s。

研究表明，变电站内电磁干扰的频带一般小于2 GHz[16]，因此IEEE 802.11b协议能有效避免变电站内信号的干扰，可保证拍摄图像的数据稳定、可靠地传输到智能手持设备上。智能手持设备通过无线接收模块接收数据后，通过安装在智能手持设备上的红外APP软件将图像实时显示。当拍摄图像不清晰时，可通过红外APP软件对智能红外仪的焦距进行调节。

作业人员通过红外APP软件提供的点、线以及框等温度分析功能，能快速实现对红外过热情况进行判断，并可通过保存功能及时将红外图像保存在智能手持设备上。红外图像直接保存，省去了传统的导入导出环节，且利用手持设备上的APP软件可一键生成红外检测报告，提升了工作效率。

基于无线传输技术的变电设备红外测量装置的工作原理如图4所示。

3 现场应用

自装置研发成功以来，已累计在金华市110 kV及220 kV变电站带电检测作业中实施25次。现场实践表明，基于无线传输的红外测温装置能快捷、准确地发现设备隐蔽位置的发热缺陷，有效提升了现场作业的安全性和高效性以及设备运行的稳定性，社会经济效益突出，具有良好的应用前景和推广意义。

在使用基于无线传输的红外测温装置对某110 kV变电站进行红外测温时，发现2号主变B相套管末屏存在过热现象，热点温度达43.3 ℃，其红外图谱如图5所示。

2号主变A相套管红外图谱如图6所示，末屏位置温度仅为39.8 ℃。对比可知，B相套管末屏存在过热现象。初步怀疑，B相末屏可能存在由于接地不良引起放电，进而出现发热情况。

检修人员对B相套管末屏进行了停电处理，发现B相套管末屏接地不良，存在明显放电现象，外表面发黑且破损严重，如图7所示。检修人员对该套管末屏进行了更换，复测无过热现象。此次主变末屏发热缺陷的成功消除，充分检验了装置的实用性能，有效避免了过热缺陷的进一步发展，保障了主变运行的可靠性。

4 结论

基于对手持式红外仪在现场应用中存在问题的分析，提出了新型红外测温装置的研发思路，详细介绍了基于无线传输技术的变电设备红外测温装置的结构、实现原理以及现场实际应用情况。

a.利用伸缩式绝缘杆的伸缩功能，实现红外仪在垂直方向上的移动，达到绕开不同高度遮挡物的目的，消除了红外测量中的盲点问题，提升了测量温度的精准度。

b.基于绝缘杆、智能小车以及无线传输技术，实现了作业人员与红外仪的分离，有效降低了触电和高处坠落风险，保证了现场作业的本质安全。

c.无需使用升降机或人字梯等登高设备，无需进行红外照片的导出工作，并可一键生成红外检测报告，减少了现场工作人员的数量，节省使用登高设备以及后续处理报告的时间，提升了现场作业效率。

d.现场实践表明，该装置能准确发现变电设备隐蔽位置的过热缺陷，有效保障设备的安全稳定运行。