红外测温技术在220 kV 变电运行中的应用分析

唐 锴

（国网天津市电力公司高压分公司，天津 300000）

0 引 言

在当今的电力行业中，220 kV 变电站作为电力系统的重要组成部分，承担着输送和分配电能的关键任务。随着经济的快速发展和社会对电力需求的持续增长，确保变电站的稳定、可靠运行成为了电力系统管理的重中之重[1-3]。在此背景下，红外测温技术因其独特的非接触式测量优势，成为提高变电站运行安全性和效率的重要工具[4-5]。红外测温技术能够在不直接接触设备的情况下迅速、准确地测量出设备的温度，对于检测和预防变电站设备的潜在故障至关重要。文章主要分析红外测温技术在220 kV 变电站运行中的应用，探讨其在提高变电站运行安全性、工作效率以及准确性方面的优势，旨在为基于红外测温技术促进变电站稳定运行和提升电力系统可靠性提供相关理论基础。

1 红外测温技术

红外测温技术是一种基于红外辐射原理进行温度测量的方法，无须直接接触被测对象即可准确测量其表面温度。这种技术利用了所有物体都会根据其温度发射红外辐射能量的自然现象。红外测温设备可以检测物体表面发出的红外辐射强度，并将这些信息转换成温度读数，迅速且准确地确定目标物体的温度。这种测量方式不仅加快了测量速度，降低了操作人员的安全风险，还能实时监控和维护设备，极大地提高了工作效率和安全性。

2 应用优势

2.1 提高运维安全性

红外测温技术显著提高了220 kV 变电站运行和维护的安全性，主要体现在2 个方面。一方面，由于红外测温技术是一种非接触式测量方法，操作人员可以在安全距离外检测设备温度，大大降低了由于接近高压设备而发生的安全事故风险。另一方面，这种技术能够实时监测变电站内部设备，及时发现设备过热等潜在的安全隐患，从而在问题发展到更严重的程度之前采取预防措施。

2.2 提高运维工作效率

红外测温技术在提高220 kV 变电站运维工作效率方面具有显著优势。该技术通过非接触式远程测量方式，允许维护人员在不接触设备的情况下快速准确地获取设备表面的温度数据。这种方法大幅度缩短了现场检测的时间，使得维护团队能够在更短的时间内检查更多的设备，显著提高了工作效率。同时，由于红外测温技术可以实时监控设备状态，维护团队可以根据实时数据迅速做出反应，及时调整维护策略和计划，避免长时间的设备停机和大规模的手动检查工作。此外，红外测温技术的应用还减少了因设备故障导致的突发停电事件，能够在问题变得严重之前发现潜在的故障点。这种预防性维护不仅提高了设备的运行效率，还减少了紧急修复设备所需的成本。

2.3 提高运维准确性

红外测温技术通过精确捕捉目标物体表面发射的红外辐射能量，能够提供非常精确的温度读数。红外测温技术能够直接测量物体的表面温度，不受周围环境因素的影响，如空气温度或设备表面的反射光，因此具有较高的准确性。另外，现代红外测温设备通常配备有高级校准功能和先进的温度补偿算法，进一步提高了测量结果的准确性。准确的温度测量对于变电站的安全运行尤为重要，可以确保及时检测到过热等潜在的设备故障，避免这些问题演变成更严重的安全事故。例如，通过准确监测变压器和断路器等关键设备的温度，维护人员可以识别出由绝缘材料老化或连接松动等导致的异常热点。

3 应用方向

3.1 在高危区域中应用

红外测温技术在这些高危区域的应用展现了其在预防和管理潜在风险中的重要作用。高危区域通常包括高压设备、连接点、绝缘子以及变压器等关键部件，这些区域若发生故障可能导致严重的安全事故，如电弧闪络、设备过热乃至火灾。使用红外测温技术，运维人员能够远程监测这些高危部件的温度，及时发现异常热点，从而在问题恶化并导致设备损坏或人员伤害之前采取措施。这种技术能够安全、准确地监测变电站内部难以接近或直接观察区域的温度，极大地提高了预防维护的效率。此外，红外测温技术的应用有助于优化维护计划和资源分配。通过对高危区域的持续监测，可以更有针对性地安排维护活动，优先处理那些存在高温异常的设备，避免不必要的全面检查，从而节约资源并缩短维护导致的设备停机时间。

3.2 在故障预防中应用

通过对设备进行定期和连续的红外温度监测，该技术能够及时发现设备的异常热点，这些热点往往是故障发生的前兆。例如，连接不良、绝缘材料退化或其他电气组件故障都会在早期阶段引起温度异常。通过早期识别这些异常热点，维护团队可以在故障发展到影响变电站正常运行或安全之前进行干预，从而显著降低严重故障的发生率。

3.3 在发热和温度检测中的应用

在220 kV 变电站的日常运营中，红外测温技术在检测故障方面发挥着关键作用。例如，在检测断路器触头发热、绝缘子异常加热以及变流器温度异常等情况时，此技术显得尤为重要。断路器触头如果因电阻增大而阻碍了电流的正常流动，其热量就会相应增加。通常这种电阻的增大是由触头表面氧化或腐蚀造成的。通过运用红外测温技术进行定向的温度检测，可以迅速识别出断路器触头的温度异常，及时进行修复，有效避免设备损坏或运行故障。同样，绝缘子的异常加热和变流器的温度异常也能通过红外技术提前发现，从而在问题恶化之前进行干预，确保变电站的安全和稳定运行。另外，红外测温技术在辅助诊断变流器等关键设备的故障中起到了不可或缺的作用，进一步强化了变电站的运维和故障处理能力。

4 具体应用案例

2023 年12 月8 日，在执行对220 kV 某变电站一次设备的红外精确测温作业期间，观察到某刀闸A相底座连接部位呈现明显的发热现象。通过进一步的红外测量，变电站运维人员记录到刀闸三相底座连接部位的温度为：A 相79.4 ℃，远高于B 相的37.4 ℃和C 相的38.2 ℃，而当时的环境参考体温度为26 ℃。刀闸A 相底座连接处的发热问题不容忽视，暗示着可能存在电气接触不良或其他潜在故障，需要立即采取进一步的诊断和维修措施，以确保变电站的安全稳定运行。图1 展示了红外测温图。

图1 红外测温图

得到测温结果后，运维人员基于相对温差判断法分析设备状况。相对温差判断法是一种在红外测温领域常用的诊断技术，适用于检测电气接触不良、绝缘损坏或其他故障而导致的局部过热问题。这种方法的适用前提是，测量点的温度升幅必须超过10 ℃，核心步骤是计算关联对称物体不同部位的温度差异，并将该温度差除以最高温点的温升。相对温差判断法所得结果以百分比形式表示，具体计算公式为

式中：δt表示相对温差；T0表示参照物体的绝对温度值；T1和T2分别表示测温处的绝对温度值与对称测温处的绝对温度值。将实际数据代入式（1）得δt为78.7%。

若连接部位的绝对温差不超过15 ℃或相对温差大于35%且小于80%，则该情况会归类为一般性缺陷，因此实例中的缺陷被判定为一般性缺陷[6]。通过对其他相邻刀闸进行红外测温对比和监控站台数据得知，故障发生的原因是变电站某母线停电后导致该线路所带负荷过大。为解决相关问题，运维人员基于日负荷曲线的分析，计划增加该线路刀闸A 相底座连接处的专项巡检频率，从每天1 次提升至每天6 次，具体巡检时间如表1 所示。一旦在红外测温过程中探测到缺陷有向严重缺陷演变的趋势，将立刻与调度控制中心联系，请求降低电网负荷或采取停电措施。

表1 专项巡检时间安排表

经过一段时间的特巡发现，缺陷点的温度和负荷数据随时间变化存在一定的规律性，以其中一天为例，变化曲线如图2 所示。

图2 数据变化图

由图2 显示，故障点的温度变化与其承担的负荷存在正相关关系。因此，运维中心提出在进行特巡时，应特别留意上午11:00 左右负荷达到高峰时段的缺陷点温度状况。如果发现缺陷加剧，应立刻向调度控制中心报告，以便采取相应措施。从该实例可知，变电站的运维人员可以基于红外测温技术及时检测故障，同时根据检测结果拟定有效的运维策略，证实了红外测温技术在220 kV 变电站运行中的实际应用价值。

5 结 论

文章围绕红外测温技术在220 kV 变电运行中的应用展开深入分析，首先简要介绍红外测温技术，其次阐述其应用优势和应用方向，最后详细讲述关于红外测温技术的具体应用案例，包括故障的检测和运维方案的制定。本研究旨在进一步促进红外测温技术在220 kV 变电站中的广泛应用，以提高变电站的运维效率和保障电力系统的安全性。