CN108519158B - 一种gis设备内部过热缺陷的红外检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法，包括：通过红外检测设备实时采集GIS设备的壳体的温度；在预设时间通过红外检测设备在壳体上寻找温度山峰，从而得到壳体的异常温差；根据预先求得的壳体与GIS设备的导体间的温升差比值、导体的正常温升以及壳体的异常温差得到导体的异常温升；其中，导体的正常温升为所述GIS设备正常运行状态下的导体的温度与环境温度的差值；根据导体的异常温升对所述GIS设备进行状态评估。采用本发明的实施例，能够准确测量GIS设备是否存在内部过热缺陷，同时评估内部过热缺陷的严重程度。

Description

一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法

技术领域

本发明涉及电力***电气设备故障诊断技术领域，尤其涉及一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法。

背景技术

GIS(气体绝缘金属封闭开关设备)因其占地面积小，运行可靠，检修维护周期长等优点，在电力***中得到了越来越广泛的应用。然而，当GIS设备内部导体接触不良时，由于接触电阻变大，在负荷电流流过时会产生导体过热现象(即内部过热现象)。导体过热会引起内部电路绝缘老化或者直接熔融内部电路，从而引发GIS设备内部电路的短路，形成重大事故。目前GIS设备内部过热缺陷的检测技术主要包括以下几种方式：

方式一：测量回路电阻，主要是用于测试开关设备动静触头的接触电阻，开关设备的回路电阻主要取决于动静触头的接触电阻，接触电阻的存在，增大了导体在通电时的损耗，使接触处的温度升高，通过测量接触电阻即可得到回路电阻的值，回路电阻的值的大小可反映GIS设备的载流能力。

方式二：电子式测温技术，在设备内部导体放置热敏传感器，直接对其温度进行监测。

方式三：红外辐射技术，基于物体温度与表面辐射能量之间关系，通过红外温度传感器接收物体红外辐射能，进而计算被测目标的温度值。

但是，上述三种GIS设备内部过热缺陷的测量方式，均存在一定的缺陷。方式一中，测量方法简单，易于实现，但存在误差较大、无法实现在线检测等问题；方式二中，由于传感器置于高电位，易受电磁干扰，并且GIS设备内部运行时对环境清洁度的要求较高，从而导致传感器很难置入；方式三中，红外辐射测温技术受内部导体金属表面发射率、传输介质SF6(六氟化硫)气体对红外线吸收等因素的影响，导致温度测量的误差极大。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法，能够准确测量GIS设备是否存在内部过热缺陷，同时评估过内部过热缺陷的严重程度。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法，包括：

通过红外检测设备实时采集GIS设备的壳体的温度；

在预设时间内通过红外检测设备在所述壳体上寻找温度山峰，从而得到所述壳体的异常温差；

根据预先求得的所述壳体与所述GIS设备的导体间的温升差比值、所述导体的正常温升以及所述壳体的异常温差得到所述导体的异常温升；其中，所述导体的正常温升为所述GIS设备正常运行状态下的所述导体的温度与环境温度的差值；

根据所述导体的异常温升对所述GIS设备进行状态评估。

与现有技术相比，本发明实施例公开的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法通过所述红外检测设备实时采集GIS设备的壳体的温度，得到所述壳体的异常温差，从而根据通过预先求得的所述壳体与所述导体间的温升差比值得到所述导体的异常温升，进而根据所述导体的异常温升对所述GIS设备进行状态评估。解决了现有技术中测量GIS设备内部过热缺陷时误差较大的问题，能够准确测量GIS设备是否存在内部过热缺陷，同时评估过内部过热缺陷的严重程度。

作为上述方案的改进，所述壳体的异常温差包括温度山峰相间温差、温度山峰主母线温差以及温度山峰相关结构段温差；其中，

所述温度山峰相间温差是指当所述GIS设备为三相分箱式结构的GIS设备时，当所述GIS设备中的某一相的焦点区域存在温度山峰时，所述温度山峰的顶点与其它两相相同的位置点的温度差的最大值；

所述温度山峰主母线温差是指当所述GIS设备为包括两条母线的GIS设备时，当一条母线存在温度山峰时，温度山峰的顶点与另一条母线相同的位置点的温度差的最大值；

所述温度山峰相关结构段温差是指当GIS设备为三相共箱式结构的GIS设备时，当所述GIS设备中的某一相的焦点区域存在温度山峰时，所述温度山峰的顶点与其它相关结构段相同的位置点的温度差的最大值。

作为上述方案的改进，所述导体的温度在所述GIS设备正常运行状态下根据所述导体流过的负荷电流得到。

作为上述方案的改进，所述温升差比值的求解过程具体包括：

通过红外检测设备实时采集GIS模拟设备中模拟壳体的温度，从而得到所述模拟壳体的温升；其中，所述GIS模拟设备用于模拟所述GIS设备的内部过热缺陷；

通过热敏传感器实时采集所述GIS模拟设备中模拟导体的温度，从而得到所述模拟导体的温升；

根据所述模拟壳体的温升与所述模拟导体的温升得到所述模拟壳体与所述模拟导体之间的温升差比值。

作为上述方案的改进，所述GIS模拟设备包括至少一个缺陷模拟设备，所述缺陷模拟设备用于自身发热以使所述GIS模拟设备发生内部过热缺陷，所述缺陷模拟设备设于所述模拟导体中。

作为上述方案的改进，所述模拟导体包括高位导体A相、高位导体C相和低位导体B相；其中，所述缺陷模拟设备设于所述高位导体A相或所述低位导体B相中。

作为上述方案的改进，所述缺陷模拟设备包括第一圆板、第二圆板和导杆，其中，

所述导杆的两端分别连接所述第一圆板和所述第二圆板，所述第一圆板的横截面积小于所述第二圆板的横截面积。

作为上述方案的改进，所述通过红外检测设备实时采集GIS模拟设备中模拟壳体的温度具体包括：

在GIS模拟设备的模拟壳体上部设置红外检测区域，通过红外检测设备采集所述红外检测区域中的最大温度作为所述模拟壳体的温度。

作为上述方案的改进，所述红外检测设备的发射率为0.90-0.95，所述红外检测设备的拍摄区域大于所述GIS设备的壳体的直径，所述红外检测设备的拍摄距离为3-5米，所述红外检测设备的拍摄仰角、拍摄俯角以及拍摄斜角均为0-30°。

作为上述方案的改进，所述根据所述导体的异常温升对所述GIS设备进行状态评估具体包括：

当所述导体的异常温升大于正常温升且小于标准温升时，判定所述GIS设备处于特殊状态；

当所述导体的异常温升大于标准温升且小于限值温升时，判定所述GIS设备处于异常状态；

当所述导体的异常温升大于限值温升时，判定所述GIS设备处于严重缺陷状态。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法中温升差比值的求解过程的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法中GIS模拟设备的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法中缺陷模拟设备设于高位导体A相中的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法中缺陷模拟设备设于低位导体B相中的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法中缺陷模拟设备的示意图一；

图6是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法中缺陷模拟设备的示意图二；

图7是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法中红外检测区域的示意图；

图8是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法中热敏传感器的埋点示意图；

图9是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法中不同负荷电流情况下高位导体A相的温升和距离的关系示意图；

图10是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法中不同负荷电流情况下低位导体B相的温升和距离的关系示意图；

图11是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法中不同负荷电流情况下高位导体A相故障时的壳体的温升和距离的关系示意图；

图12是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法中不同负荷电流情况下低位导体B相故障时的壳体的温升和距离的关系示意图；

图13是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法中不同负荷电流情况下高位导体A相和低位导体B相的温升差比值关系示意图；

图14是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法的流程图；

图15是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法中相关结构段的示意图；

图16是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法中外壳焦点的位置示意图；

图17是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法中温度山峰示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在对GIS设备进行状态评估之前需要预先求得所述GIS设备中导体的温升与壳体的温升之间的比例关系，即可根据所述比例关系得到所述导体与所述壳体之间的温升差比值。当所述GIS设备开始工作时，可以通过红外检测设备实时采集所述GIS设备的壳体的温度，从而可以根据所述温升差比值得到所述导体的温升，不需要通过外部设备来直接测量所述GIS设备中导体的温升，不会破坏GIS设备的结构，同时能够准确测量所述导体的温升。其中，所述温升差比值的求解过程可参见图1，图1是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法中温升差比值的求解过程的流程图；包括：

S11、通过红外检测设备实时采集GIS模拟设备中模拟壳体的温度，从而得到所述模拟壳体的温升；

其中，所述GIS模拟设备用于模拟所述GIS设备的内部过热缺陷；

S12、通过热敏传感器实时采集所述GIS模拟设备中模拟导体的温度，从而得到所述模拟导体的温升；

S13、根据所述模拟壳体的温升与所述模拟导体的温升得到所述模拟壳体与所述模拟导体之间的温升差比值。

其中，所述GIS模拟设备包括至少一个缺陷模拟设备，所述缺陷模拟设备用于自身发热以使所述GIS模拟设备发生内部过热缺陷，所述缺陷模拟设备设于所述模拟导体中。所述模拟导体包括高位导体A相、高位导体C相和低位导体B相；其中，所述缺陷模拟设备设于所述高位导体A相或所述低位导体B相中。

其中，所述通过红外检测设备实时采集GIS模拟设备中模拟壳体的温度具体包括：在所述GIS模拟设备的模拟壳体上部设置红外检测区域，通过红外检测设备采集所述红外检测区域中的最大温度作为所述模拟壳体的温度。

具体的，在步骤S11中，参见图2，所述GIS模拟设备可以是252kV的模拟设备，所述GIS模拟设备采用三相共箱结构，整个腔体的长度为8.7m，所述GIS模拟设备的模拟壳体内填充有六氟化硫气体，所述GIS模拟设备分为故障模拟段11、中间过渡段12和正常模拟段13，其中，所述故障模拟段11用于模拟内部过热缺陷，所述正常模拟段13可以用来与故障模拟段11作对比，所述中间过渡段12用于消除所述故障模拟段11因局部过热而对所述正常模拟段13的传热影响，因为传热是成指数衰减的，随着距离的增大而减小。

其中，GIS设备的发热通常是因为触头接触不良造成的，此时接触电阻变大，为了模拟这种发热，设置了“工”字形的缺陷模拟设备，所述缺陷模拟设备100在所述高位导体A相中的放置位置如图3所示，所述缺陷模拟设备100在所述低位导体B相中的放置位置如图4所示。

优选的，所述缺陷模拟设备的结构示意图参见图5和图6，所述缺陷模拟设备包括第一圆板1、第二圆板3和导杆2；其中，所述导杆2的两端分别连接所述第一圆板1和所述第二圆板3，所述第一圆板1的横截面积小于所述第二圆板3的横截面积。具体的，所述第一圆板1、所述导杆2和所述第二圆板3均呈圆柱形，所述第一圆板1的直径为90mm，所述第二圆板3的直径为140mm。所述第一圆板1和所述第二圆板3上均设有四个通孔，通孔的作用是用于穿螺栓连接圆板与导体，每一通孔均呈圆孔状，在其他实施例中，所述通孔的形状也可以是正方形或任意形状，都在本发明的保护范围内。所述导杆2的直径为30mm，长度为20mm，所述导杆2采用电阻率较大的材料Q235(普通碳素结构钢)，能够减少所述导杆2的通流能力，使所述导杆2在通流情况下产生局部过热，从而可以模拟内部过热缺陷现象。

所述GIS模拟设备内部的热量通过所述六氟化硫气体的对流与扩散作用，将所述模拟导体的温度传递到所述模拟壳体上，此时因为所述六氟化硫气体的密度较大，在所述GIS模拟设备的上部会存在较少的所述六氟化硫气体，从而导致对流不够充分，进而在所述GIS模拟设备的上部积攒了较多了热量，高温区域位于所述模拟壳体的上部。在通过红外检测设备采集所述模拟壳体的温度时，在所述模拟壳体的上部设置至少三个红外检测区域10，可参考图7，其中，所述红外检测区域10分别设于所述故障模拟段11，所述中间过渡段12以及所述正常模拟段13，通过所述红外检测设备采集每一所述红外检测区域10中的最大温度作为所述模拟壳体的温度。优选的，也可以在所述故障模拟段11、所述中间过渡段12以及所述正常模拟段13中分别设置多个红外检测区域10，都在本发明的保护范围内。

优选的，可以采用型号为GL800的红外热像仪对所述模拟壳体温度进行检测，所述红外热像仪的热灵敏度为0.015K，温宽范围能调节至0.1K，分辨率为800×600像素。所述红外热像仪对所述模拟壳体放出红外辐射，红外辐射通过所述红外热像仪的光学镜片聚焦于探测器，经过信号放大以及A/D(模数转换器)转换，引起电压或电阻的变化，电压或电阻的变化由所述红外热像仪中热成像***中的电子元件读取。所述红外热像仪产生的信号将转换成电子图像(温度记录图)并显示在所述红外热像仪的屏幕上。温度记录图是经过电子处理后显示在屏幕上的目标图像，在温度记录图中，不同的色调与所述模拟壳体的表面上的红外辐射分布相对应。

在此过程中，所述红外热像仪可以查看与所述模拟壳体的表面上发出的辐射能量相对应的温度记录图。优选的，所述模拟壳体的红外辐射能量与所述模拟壳体的温度成函数关系，可参考公式(1)：

W＝εδAT⁴公式(1)；

其中，W为所述模拟壳体的发射功率，ε为所述模拟壳体的辐射率，本方案中取0.9；δ为玻尔兹曼常数；A为所述模拟壳体的表面积；T为所述模拟壳体的绝对温度。

具体的，在步骤S12中，所述模拟导体的温度可以通过热敏传感器获得，所述热敏传感器设于所述高位导体A相或所述低位导体B相中，用于实时采集所述高位导体A相或所述低位导体B相的温度，具体的热敏传感器的埋点示意图如图8所示。优选的，当所述缺陷模拟设备设于所述高位导体A相时，可以在所述高位导体A相中放置三个热敏传感器，且所述热敏传感器分别设于所述故障模拟段11、所述中间过渡段12和所述正常模拟段13中；当所述缺陷模拟设备设于所述低位导体B相时，可以在所述低位导体B相中放置三个热敏传感器，且所述热敏传感器分别设于所述故障模拟段11、所述中间过渡段12和所述正常模拟段13中。优选的，参见图8，也可以在所述高位导体A相中放置16个热敏传感器，图7中的a-p均表示热敏传感器，其中，放置了所述缺陷模拟设备的附近的温度为主要关注区域，因此所述热敏传感器的埋点密度较大。同理，也可以在所述低位导体B相中放置16个热敏传感器，如图8所示。实时采集每一所述热敏传感器的温度，从而可以得到所述高位导体A相或所述低位导体B相的温度。

具体的，在步骤S13中，获取每一所述热敏传感器的温度，同时获取所述红外检测设备检测到的所述模拟壳体的温度，在所述GIS模拟设备开始工作时，可以设定不同的所述GIS模拟设备的模拟负荷电流，比如所述模拟负荷电流分别为2000A、1500A和1000A。

在所述GIS模拟设备开始工作时，每隔30分钟通过所述热敏传感器采集所述模拟导体的温度，从而得到所述模拟导体的温升，其中，所述温升为所述模拟导体(或所述模拟壳体)的温度与环境温度的差值。当所述模拟导体同一部位的温升在1小时内小于0.5K时，温升达到稳定。

当所述缺陷模拟设备设于所述高位导体A相中时，温升达到稳定后，所述高位导体A相中不同位置处的温升如图9所示，图中距离0点为所述缺陷模拟设备的放置位置，即为所述高位导体A相的故障点，所述高位导体A相内部过热缺陷时，在2000A、1500A和1000A电流下故障点对应的温升分别为70.3K、51.8K和26.3K；

当所述缺陷模拟设备设于所述低位导体B相中时，温升达到稳定后，所述低位导体B相中不同位置处的温升如图10所示，图中距离0点为所述缺陷模拟设备的放置位置，即为所述低位导体B相的故障点，所述低位导体B相内部过热缺陷时，在2000A、1500A和1000A电流下故障点对应的温升分别为62.08K、39.41K和23.6K。

根据图9和图10可知，所述低位导体B相的故障点对应的温升较所述高位导体A相的故障点对应的温升低，这是因为所述低位导体B相的故障点靠近所述GIS模拟设备的腔体下部，参与热对流的所述六氟化硫气体较多，对流较充分，从而带走了较多了热量。在不同的负荷电流情况下，所述高位导体A相和所述低位导体B相的温升随距离呈现出相同的变化趋势，温升由故障点向两边降低，并且靠近故障点的温升下降率高于远端。这是因为所述模拟导体的温升主要由模拟导体自身发热和热传导决定，而所述模拟导体的自身发热起主导作用。由于所述模拟导体的传导效率低，因此温升由故障点向两边迅速下降。当远离故障点时，比如在正常模拟段中，温升下降缓慢，这是因为此处的温升几乎为模拟导体自身发热，热传导影响较小。

在所述GIS模拟设备开始工作时，不同负荷电流情况下所述高位导体A相故障时所述模拟壳体的温升随距离的变化趋势如图11所示，在2000A、1500A和1000A电流下故障点对应的壳体温升分别为6.19K、4.71K和2.23K。不同负荷电流情况下所述低位导体B相故障时所述模拟壳体的温升随距离的变化趋势如图12所示，在2000A、1500A和1000A电流下故障点对应的模拟壳体温升分别为4.50K、3.12K和1.70K。根据图11和图12可知，所述低位导体B相的故障点对应的温升较所述高位导体A相的故障点对应的温升低，与上述模拟导体的温升情况相同，所述模拟壳体的温升主要来自于所述GIS模拟设备中六氟化硫气体的对流传热，随距离呈现出逐渐降低的趋势。

通过对所述GIS模拟设备中所述模拟导体和所述模拟壳体的温升的情况进行分析，发现故障点处所述模拟导体的温升差与径向对应点的所述模拟壳体的温升差的比值近似为固定值，其中，所述温升差比值的计算过程可参见公式(2)：

其中，S为所述温升差比值，Ta1为所述故障点的模拟导体温升，Ta2为所述模拟导体正常运行情况下的温升，Tb1为所述故障点的模拟壳体温升，Tb2为所述模拟壳体正常运行情况下的温升。根据所述热敏传感器可以采集到所述故障点的模拟导体温度(此时采集靠近所述缺陷模拟设备的热敏传感器的温度即可)，再减去环境温度即可得到所述故障点的模拟导体温升Ta1；根据所述热敏传感器可以采集到所述模拟导体正常运行情况下的温度(此时采集靠近所述正常模拟段的热敏传感器的温度即可)，再减去环境温度即可得到所述模拟导体正常运行情况下的温升Ta2；根据所述红外检测设备可以采集到所述故障点的模拟壳体温度(此时所述红外检测设备检测靠近所述缺陷模拟设备的区域的温度即可)，再减去环境温度即可得到所述故障点的模拟壳体温升Tb1；根据所述红外检测设备可以采集到在所述GIS模拟设备正常运行时所述模拟壳体的温度(此时所述红外检测设备检测所述正常模拟段的温度即可)，再减去环境温度即可得到所述模拟壳体正常运行情况下的温升Tb2。

根据公式(2)可以得到所述高位导体A相和所述低位导体B相的温升差比值关系，如图13所示，所述高位导体A相在模拟负荷电流为2000A、1500A、1000A时，所述温升差比值分别为8.83、9.00、9.79，所述低位导体B相在模拟负荷电流为2000A、1500A、1000A时，所述温升差比值分别为10.30、10.01、10.53。由此可得，所述温升差比值受电流大小与故障点的位置影响较小，本发明中可以将所述温升差比值取值为10。

优选的，在求得所述温升差比值后，可以根据所述温升差比值对GIS设备进行现场检测，在现场检测的过程中，可以不通过在所述GIS设备中设置热敏传感器就可以求得所述导体的温度，从而可判定出所述GIS设备是否发生内部过热缺陷，具体检测过程可参考图14，图14是本发明实施例提供的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法的流程图；包括：

S1、通过红外检测设备实时采集GIS设备的壳体的温度；

S2、在预设时间内通过红外检测设备在所述壳体上寻找温度山峰，从而得到所述壳体的异常温差；

S3、根据预先求得的所述壳体与所述GIS设备的导体间的温升差比值、所述导体的正常温升以及所述壳体的异常温差得到所述导体的异常温升；

其中，所述导体的正常温升为所述GIS设备正常运行状态下的所述导体的温度与环境温度的差值；其中，所述导体的温度在所述GIS设备正常运行状态下根据所述导体流过的负荷电流得到；其中，所述负荷电流包括进出线负荷电流以及母线负荷电流。

S4、根据所述导体的异常温升对所述GIS设备进行状态评估。

优选的，所述壳体的异常温差包括温度山峰相间温差、温度山峰主母线温差以及温度山峰相关结构段温差；其中，

所述温度山峰相间温差是指当所述GIS设备为三相分箱式结构的GIS设备时，当所述GIS设备中的某一相的焦点区域存在温度山峰时，所述温度山峰的顶点与其它两相相同的位置点的温度差的最大值；

所述温度山峰主母线温差是指当所述GIS设备为包括两条母线的GIS设备时，当一条母线存在温度山峰时，温度山峰的顶点与另一条母线相同的位置点的温度差的最大值；

所述温度山峰相关结构段温差是指当GIS设备为三相共箱式结构的GIS设备时，当所述GIS设备中的某一相的焦点区域存在温度山峰时，所述温度山峰的顶点与其它相关结构段相同的位置点的温度差的最大值。其中，所述相关结构段是指在所述GIS设备中，以所述焦点区域为边界，将所述GIS设备分割为多个GIS段，其中有许多GIS段具有相同的内部结构和相同的温度传递特性，且在正常运行时，通过相同的负荷电流时，所述GIS设备的外壳具有相同的温度分布特性，将具有上述特性的GIS段称之为相关结构段，可参考图15，在A相中顶点A1、A2、A3、A4组成的区域，在B相中B1、B2、B3、B4组成的区域，在C相中C1、C2、C3、C4组成的区域，互为相关结构段。优选的，所述焦点区域包括含有温度山峰的焦点区域与不含有温度山峰的焦点区域。

具体的，参见图16，所述焦点区域为所述GIS设备的外壳的焦点区域，即为GIS设备的外壳表面投影到外壳基准区域上的外壳表面区域。

具体的，所述外壳基准区域为以外壳焦点在基准面上的投影点为中心，以所述外壳的直径为边长在基准面上绘制的正方形区域。所述外壳焦点为外壳表面、导体接触截面与外壳焦点面的交叉点；一般的，所述GIS设备中，每个导体接触截面有两个外壳焦点，相对于观测的人来说，在外壳前面的点称之为前焦点，在外壳后面的点称之为后焦点。

具体的，所述导体接触截面为过导体接触部位中心的所述GIS设备的径向截面。所述外壳焦点面为过所述GIS设备的中轴线，且垂直于基准面的面。

具体的，所述基准面为在GIS变电站现场中，对于水平布置的GIS设备的外壳，过所述外壳中轴线，且垂直于水平面的面，称之为水平布置GIS外壳的基准面；对于竖直布置GIS设备的外壳，取其相邻的水平布置的GIS外壳的基准面为基准面。

具体的，图中所示的基准方向为垂直于基准面的方向。图中所示的外壳基准点为外壳表面、导体接触截面与基准面的交叉点。图中所示的触头接触中心为导体之间连接的触头的接触位置，其中，触头的示意图可参考图中的触头简易示意图。

具体的，在步骤S1中，还需要采集环境湿度，所述环境湿度可以用于修正所述红外检测设备的误差。所述红外检测设备的发射率为0.90-0.95，所述红外检测设备的拍摄区域大于所述GIS设备的壳体的直径，所述红外检测设备的拍摄距离为3-5米，所述红外检测设备的拍摄仰角、拍摄俯角以及拍摄斜角均为0-30°。优选的，所述拍摄仰角为所述红外检测设备从低处向上拍摄某一个外壳焦点时，所述红外检测设备的镜头中心点与该外壳焦点之间的连线在导体接触截面上的投影线与水平面成的夹角。所述拍摄俯角为所述红外检测设备从高处向下拍摄某一个外壳焦点时，所述红外检测设备的镜头中心点与该外壳焦点之间的连线在导体接触截面上的投影线与水平面成的夹角。所述拍摄斜角为所述红外检测设备拍摄某一个外壳焦点时，所述红外检测设备的镜头中心点与该外壳焦点之间的连线在水平面的投影线与导体接触截面成的夹角。

优选的，在使用所述红外检测设备检测所述GIS设备中壳体的温度时，为便于实现对外壳温度分布的精密检测，拍摄区域应尽可能的小，一般的有两种拍摄方式，包括一般测量和精准测量。对于三相分箱型式的GIS设备，应首先进行一般测量，所述一般测量即对所述三相分箱型式的GIS设备进行全局扫描；而当所述红外检测设备的拍摄区域难以涵盖三相范围结构时，需要采取单相分开拍摄，当同一部位的温差超过1K时，可再进行精准测量，所述精准测量即对所述三相分箱型式的GIS设备进行局部扫描(即局部拍摄)，测量结果更精确。对三相共箱的GIS设备，存在两条双母线时，应首先一般测量，如两条母线的温差超过1K时，可再进行精准测量。

具体的，在步骤S2中，可以在所述GIS设备运行一段时间后通过所述红外检测设备采集所述壳体的温度山峰。参考图17，所述红外检测设备的拍摄区域中存在等温线、温度山峰、温度山峰顶点、外壳焦点以及图谱分析区域。当所述红外检测设备在所述拍摄区域中采集到温度山峰时，所述温度山峰顶点Max对应的温度则为所述红外检测设备检测到的最高温度，图中Min对应的温度则为最低温度。

此时，在步骤S3中，当所述GIS设备为三相分箱式结构的GIS设备时，当所述GIS设备中的某一相的焦点区域存在温度山峰时，获取与所述温度山峰的顶点在其它两相相同的位置点的温度，取所述温度山峰的顶点与在其他两相相同的位置点的温差则为所述壳体的异常温差(即温度山峰相间温差)。所述壳体的异常温差即为公式(2)中所述故障点的模拟壳体温升Tb1与所述模拟壳体正常运行情况下的温升Tb2的差值，即所述公式(2)中分母。此时，根据所述导体的正常温升,即公式(2)中的Ta2，以及所述温升差比值S可以得到所述导体的异常温升，即公式(2)中的Ta1。另外，所述温度山峰主母线温差、所述温度山峰相关结构段温差的求法参考上述过程，在此不再赘述。

优选的，所述图谱分析区域为当存在温度山峰时，以温度极大值点(即温度山峰顶点)为中心，四分之一的焦点区域的边长为边长的正方形区域。

具体的，当利用所述红外检测设备进行拍摄时，所述GIS设备的外壳的表面三维温度分布，可表示为三维温度分布函数：

Tg＝G(x,y,z) 公式(3)；其中，所述三维温度分布函数为所述GIS设备的外壳表面各点以外壳焦点为原点，GIS设备的中心轴向为x轴，竖直方向为z轴的立体三维坐标值，y轴与x轴垂直且在同一水平面上，单位为毫米。GIS外壳的表面三维温度分布在拍摄方向上投影至所述红外检测设备形成平面图谱上的温度分布，该平面图谱上的温度分布称之为图谱温度分布。

具体的，在图中所示的图谱分析区域为利用所述红外检测设备拍摄时，图谱上对应的GIS外壳的焦点区域的范围称之为图谱焦点区域。具体的，在所述图谱焦点区域内的图谱温度分布函数为：

Tp＝P(u,v) 公式(4)；其中，所述图谱温度分布函数为以所述红外检测设备识别的外壳焦点为原点，水平方向为u轴，竖直方向为v轴的平面二维坐标值，单位为像素点。所述图谱温度分布函数存在极大值和极小值，极大值与极小值的差大于0.5K，极大值与极小值之间分为10个温度台阶，即每个台阶至少0.05K，将每个台阶温度相同点连起来形成10条等温线，当至少有5条等温线是闭合时，即可认为所述图谱焦点区域存在温度山峰。温度山峰区域内温度的极大值点称之为温度山峰顶点。

具体的，在步骤S4中，根据所述导体的异常温升对所述GIS设备进行状态评估，根据所述导体的温升情况，将所述GIS设备内部过热缺陷的严重程度进行了状态划分，具体包括：

当所述导体的异常温升大于正常温升且小于标准温升时，判定所述GIS设备处于特殊状态；

当所述导体的异常温升大于标准温升且小于限值温升时，判定所述GIS设备处于异常状态；

当所述导体的异常温升大于限值温升时，判定所述GIS设备处于严重缺陷状态。

具体的，根据GB/T11022(高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求)规范规定，GIS设备内部导体允许温升最大值为75K。因此，所述限值温升可以为75K，所述标准温升可以设定为50K，所述正常温升可以设定为10K。在其他实施例中，所述标准温升和所述正常温升的值可以根据所述CIS设备的运行情况来任意给定，都在本发明的保护范围内。当温升大于10K且小于50K时，设备应引起注意，加强跟踪；当温升大于50K且小于75K时，设备存在异常，应控制运行负荷，加强跟踪；当温升大于75K时，设备存在严重缺陷，应尽快安排解体检查。在实际应用中，本发明不需要解体GIS设备，能够在GIS设备带电的情况下准确诊断出GIS设备内部是否存在过热缺陷同时评估缺陷的严重程度，尤其能够发现GIS设备内部过热的初始阶段及观测其发展趋势。

与现有技术相比，本发明实施例公开的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法通过所述红外检测设备实时采集GIS设备的壳体的温度，得到所述壳体的异常温差，从而根据通过预先求得的所述壳体与所述导体间的温升差比值得到所述导体的异常温升，进而根据所述导体的异常温升对所述GIS设备进行状态评估。解决了现有技术中测量GIS设备内部过热缺陷时误差较大的问题，能够准确测量GIS设备是否存在内部过热缺陷，同时评估过内部过热缺陷的严重程度。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法，其特征在于，包括：

通过红外检测设备实时采集GIS设备的壳体的温度；

在预设时间内通过红外检测设备在所述壳体上寻找温度山峰，从而得到所述壳体的异常温差；

根据预先求得的所述壳体与所述GIS设备的导体间的温升差比值、所述导体的正常温升以及所述壳体的异常温差得到所述导体的异常温升；其中，所述导体的正常温升为所述GIS设备正常运行状态下的所述导体的温度与环境温度的差值；

根据所述导体的异常温升对所述GIS设备进行状态评估；

其中，所述温升差比值的求解过程具体包括：

通过红外检测设备实时采集GIS模拟设备中模拟壳体的温度，从而得到所述模拟壳体的温升；其中，所述GIS模拟设备用于模拟所述GIS设备的内部过热缺陷；

通过热敏传感器实时采集所述GIS模拟设备中模拟导体的温度，从而得到所述模拟导体的温升；

根据所述模拟壳体的温升与所述模拟导体的温升得到所述模拟壳体与所述模拟导体之间的温升差比值；满足以下公式：

其中，S为所述温升差比值，Ta1为故障点的模拟导体温升，Ta2为所述模拟导体正常运行情况下的温升，Tb1为故障点的模拟壳体温升，Tb2为所述模拟壳体正常运行情况下的温升。

2.如权利要求1所述的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法，其特征在于，所述壳体的异常温差包括温度山峰相间温差、温度山峰主母线温差以及温度山峰相关结构段温差；其中，

所述温度山峰相间温差是指当所述GIS设备为三相分箱式结构的GIS设备时，当所述GIS设备中的某一相的焦点区域存在温度山峰时，所述温度山峰的顶点与其它两相相同的位置点的温度差的最大值；

所述温度山峰主母线温差是指当所述GIS设备为包括两条母线的GIS设备时，当一条母线存在温度山峰时，温度山峰的顶点与另一条母线相同的位置点的温度差的最大值；

所述温度山峰相关结构段温差是指当GIS设备为三相共箱式结构的GIS设备时，当所述GIS设备中的某一相的焦点区域存在温度山峰时，所述温度山峰的顶点与其它相关结构段相同的位置点的温度差的最大值。

3.如权利要求1所述的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法，其特征在于，所述导体的温度在所述GIS设备正常运行状态下根据所述导体流过的负荷电流得到。

4.如权利要求3所述的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法，其特征在于，所述GIS模拟设备包括至少一个缺陷模拟设备，所述缺陷模拟设备用于自身发热以使所述GIS模拟设备发生内部过热缺陷，所述缺陷模拟设备设于所述模拟导体中。

5.如权利要求4所述的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法，其特征在于，所述模拟导体包括高位导体A相、高位导体C相和低位导体B相；其中，所述缺陷模拟设备设于所述高位导体A相或所述低位导体B相中。

6.如权利要求4所述的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法，其特征在于，所述缺陷模拟设备包括第一圆板、第二圆板和导杆，其中，

所述导杆的两端分别连接所述第一圆板和所述第二圆板，所述第一圆板的横截面积小于所述第二圆板的横截面积。

7.如权利要求1所述的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法，其特征在于，所述通过红外检测设备实时采集GIS模拟设备中模拟壳体的温度具体包括：

在GIS模拟设备的模拟壳体上部设置红外检测区域，通过红外检测设备采集所述红外检测区域中的最大温度作为所述模拟壳体的温度。

8.如权利要求1所述的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法，其特征在于，所述红外检测设备的发射率为0.90-0.95，所述红外检测设备的拍摄区域大于所述GIS设备的壳体的直径，所述红外检测设备的拍摄距离为3-5米，所述红外检测设备的拍摄仰角、拍摄俯角以及拍摄斜角均为0-30°。

9.如权利要求1所述的一种GIS设备内部过热缺陷的红外检测方法，其特征在于，所述根据所述导体的异常温升对所述GIS设备进行状态评估具体包括：

当所述导体的异常温升大于正常温升且小于标准温升时，判定所述GIS设备处于特殊状态；

当所述导体的异常温升大于标准温升且小于限值温升时，判定所述GIS设备处于异常状态；

当所述导体的异常温升大于限值温升时，判定所述GIS设备处于严重缺陷状态。