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摘要：GIS设备因占地面积小，运行稳定，定检维护周期较长等优点，在电力系统中被广泛应用。通过对近几年GIS设备缺陷情况得统计分析，发现GIS设备缺陷中发热占了较大比重。分析GIS发热缺陷产生原因，这些缺陷多由于外壳连接接触不良，受空间电磁环境影响，早设备内部产生感应电压，当现场电流回路时，在接触电阻异常处产生高温发热。红外测温，作为现行输变电设备状态评估方法中，较为成熟的带电检测技术，已成为GIS设备诊断中重要的手段。但是基于红外测温技术的实现原理，以及GIS设备发热缺陷产生机理特点，有必要对GIS设备的红外测温应用情况，包括测试方法、不同发热原因图谱特点以及测试影响因素等进行介绍。
关键词：GIS设备，红外线测温技术，发热，接触不良
1、红外线测温技术的基本情况
自然界中，一切温度超过绝对零度的物体都在不断的周围空间辐射红外线。物体向外辐射红外能量的大小及按照波长的分布情况与物体表面的温度有着密切的关系。因此通过测量物体自身辐射红外能量的大小，便能准确的表征处物体的表面温度，这就是红外测温的所依照的客观事实。
现行电力设备运行状态所用的红外检测，其本质就对被试设备发射的红外辐射能量进行检测和显示处理的过程。设备发射的红外辐射功率经过大气的传输和衰减后，由红外测试设备的光学系统接收并聚焦在探测器上，在仪器的内部把目标輻射信号功率转换成便于直接处理的电信号，经过放大，用二维图像或者数字的形式显示温度值域信息。
2红外测温在GIS状态诊断中的应用
2.1红外测温在GIS设备诊断中应用场景
根据GIS设备缺陷情况分析，设备外部发热缺陷多是由于设备外壳环流引起。现阶段，GIS设备外部接地方式主要为两种：分段绝缘和全链多点接地方式，基于运行方式和安全性考虑，多采用后者。当设备外壳连接处接触不良，该种运行方式受到较为明显的电磁感应作用，内部导体在外壳上产生感应电压，形成回路后，产生环流，通常接近额定值70%-90%。当存在GIS电流过大、接地点接触不良、法兰面间有效接触面积不足等情况是，就会引起发热。设备内部发热缺陷多为内部导体连接不良[6]（诸如螺栓未按规定力矩固定、触指弹簧内残留气体未能顺利排出）。GIS异常发热会导致内部绝缘老化、密封部件老化等隐患。
2.2GIS设备红外测温时的图谱特征
根据大量的GIS红外测温数据，从GIS设备外设温度分布以及变化趋势情况进行分析得出GIS发热故障时的温度测量规律：
内部发热：（1）GIS内部发热，热源集中在导体连接处、断路器以及隔离开关触头联合处;（2）GIS内部故障通常会引起从下往上的热流转移，一般的，设备顶部温度较其他部位偏高;（3）受设备结构影响，热辐射范围较大，测试出的热力分布图范围较大。
外部发热：（1）GIS外部发热，热源多集中于三相分箱的多点接地结构中，热流上升位置在导流排以及法兰安装螺栓处较为明显;（2）GIS外部发热的辐射范围较小，测试图谱中温度上升点特征明显，便于测试时发现;（3）GIS设备温度与载荷量呈正相关，容量越大温度变化幅度越大。
3.影响 GIS设备红外测温结果的因素和改进措施
3.1影响 GIS设备红外测温结果的因素
根据GIS设备特殊的结构特点，在现有红外测温技术手段与试验设备的条件下，存在以下因素影响测试结果：
（1）、金属表面发射率。GIS设备内部为例提高绝缘性能，减小设备表面放电和局部放电，其内部金属多经过抛光处理。因为金属的发射率相对较低，尤其是抛光过的金属（通常为铜、铝）发射率仅为0.05，影响测量精度[2]。
（2）、SF6气体吸收带。GIS设备内部充满SF6气体，通常其内部导体热辐射的红外光要经过SF6气体吸收带才能本检测仪收到信号。因SF6气体对中心波长为10.55μm的红外波段具有很强的吸收特性和辐射特性。信号衰减较为明显，影响测试精度。
（3）、红外测温设备的参数要求。在前面的分析可知，GIS设备内呈高电压、强电场、强磁场的特点，测试仪器参数会严重影响测试精度。
3.2 GIS设备红外测温结果影响因素的解决措施
针对上一节影响红外测温的影响因素，提出部分解决措施：
（1）针对金属表面发射率低的情况，根据文献[2]，采用在金属触座上开圆槽，在槽底嵌入SF6环境下具有高稳定化学性质且辐射率高的物质，从而几天高发射率。此外，通过将热图在仪器自带的温度软件上上使用多点区域发射率修正功能进行修改，从而获得较为准确温度数据。
（2）针对SF6气体吸收的影响，因SF6气体的光谱仅对特殊波段的吸收明显的固有辐射特性，在开展GIS设备红外测温的时候，选取的温度传感器要尽可能避免对于吸收带，优选工作波段6～10μm。此外，因红外测温过程中，只有红外温度传感器的发射率与被测物体的发射率一致的时候才能正确显示温度，因此开GIS设备测温的时候，红外测温的读数是比实际值偏小的，因此测量的时候需要调低红外发射率。
（3）针对高电压、强电场、强磁场的运行特点，要求所使用的温度传感器要具备合适的温度范围、温度分辨率、距离系数、响应时间以及稳定性。设备选取不合适，也会影响影响测试精度。
4.结语
基于红外测温技术的基本原理、GIS设备发热缺陷产生机理以及结构特点，给出了常见的测温图谱特点。通过大量的数据分析，指出了影响GIS红外测温的影响因素以及响应解决措施。对于运行人员开展GIS设备开展红外测温提供参考。
参考文献：
[1]、武胜斌，郑研，陈志彬.基于红外测温技术的GIS导体温度在线监测的方案[J].高压电器，2009，45（4）：100-102
[2]从浩熹，李庆民等，.基于红外传感器的GIS隔离开关触头温度在线监测技术研究[J].电力自动化设备，2014，34（3）：144-148
[3]魏翔，.气体绝缘金属封闭开关柜在线测温系统设计[J].电工电气，2010（1）：51-54
[4]师晓岩，查玮，孙福等.UHV GIS内部温度场的红外热诊断技术[J].高电压技术，2007，33（6）：16-10
[5]陈仁刚，冯新岩，辜超，等.红外测温技术在GIS故障诊断中的应用[J].高压电器，2015，51（9）：190-194
[6]艾艳荣，刘洁、汪亚芬 红外测温技术在GIS故障诊断中的应用探究，[J]动力与电气工程，2018，39（06）：29-31
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关键词：GIS设备，红外线测温技术，发热，接触不良
1、红外线测温技术的基本情况
自然界中，一切温度超过绝对零度的物体都在不断的周围空间辐射红外线。物体向外辐射红外能量的大小及按照波长的分布情况与物体表面的温度有着密切的关系。因此通过测量物体自身辐射红外能量的大小，便能准确的表征处物体的表面温度，这就是红外测温的所依照的客观事实。
现行电力设备运行状态所用的红外检测，其本质就对被试设备发射的红外辐射能量进行检测和显示处理的过程。设备发射的红外辐射功率经过大气的传输和衰减后，由红外测试设备的光学系统接收并聚焦在探测器上，在仪器的内部把目标輻射信号功率转换成便于直接处理的电信号，经过放大，用二维图像或者数字的形式显示温度值域信息。
2红外测温在GIS状态诊断中的应用
2.1红外测温在GIS设备诊断中应用场景
根据GIS设备缺陷情况分析，设备外部发热缺陷多是由于设备外壳环流引起。现阶段，GIS设备外部接地方式主要为两种：分段绝缘和全链多点接地方式，基于运行方式和安全性考虑，多采用后者。当设备外壳连接处接触不良，该种运行方式受到较为明显的电磁感应作用，内部导体在外壳上产生感应电压，形成回路后，产生环流，通常接近额定值70%-90%。当存在GIS电流过大、接地点接触不良、法兰面间有效接触面积不足等情况是，就会引起发热。设备内部发热缺陷多为内部导体连接不良[6]（诸如螺栓未按规定力矩固定、触指弹簧内残留气体未能顺利排出）。GIS异常发热会导致内部绝缘老化、密封部件老化等隐患。
2.2GIS设备红外测温时的图谱特征
根据大量的GIS红外测温数据，从GIS设备外设温度分布以及变化趋势情况进行分析得出GIS发热故障时的温度测量规律：
内部发热：（1）GIS内部发热，热源集中在导体连接处、断路器以及隔离开关触头联合处;（2）GIS内部故障通常会引起从下往上的热流转移，一般的，设备顶部温度较其他部位偏高;（3）受设备结构影响，热辐射范围较大，测试出的热力分布图范围较大。
外部发热：（1）GIS外部发热，热源多集中于三相分箱的多点接地结构中，热流上升位置在导流排以及法兰安装螺栓处较为明显;（2）GIS外部发热的辐射范围较小，测试图谱中温度上升点特征明显，便于测试时发现;（3）GIS设备温度与载荷量呈正相关，容量越大温度变化幅度越大。
3.影响 GIS设备红外测温结果的因素和改进措施
3.1影响 GIS设备红外测温结果的因素
根据GIS设备特殊的结构特点，在现有红外测温技术手段与试验设备的条件下，存在以下因素影响测试结果：
（1）、金属表面发射率。GIS设备内部为例提高绝缘性能，减小设备表面放电和局部放电，其内部金属多经过抛光处理。因为金属的发射率相对较低，尤其是抛光过的金属（通常为铜、铝）发射率仅为0.05，影响测量精度[2]。
（2）、SF6气体吸收带。GIS设备内部充满SF6气体，通常其内部导体热辐射的红外光要经过SF6气体吸收带才能本检测仪收到信号。因SF6气体对中心波长为10.55μm的红外波段具有很强的吸收特性和辐射特性。信号衰减较为明显，影响测试精度。
（3）、红外测温设备的参数要求。在前面的分析可知，GIS设备内呈高电压、强电场、强磁场的特点，测试仪器参数会严重影响测试精度。
3.2 GIS设备红外测温结果影响因素的解决措施
针对上一节影响红外测温的影响因素，提出部分解决措施：
（1）针对金属表面发射率低的情况，根据文献[2]，采用在金属触座上开圆槽，在槽底嵌入SF6环境下具有高稳定化学性质且辐射率高的物质，从而几天高发射率。此外，通过将热图在仪器自带的温度软件上上使用多点区域发射率修正功能进行修改，从而获得较为准确温度数据。
（2）针对SF6气体吸收的影响，因SF6气体的光谱仅对特殊波段的吸收明显的固有辐射特性，在开展GIS设备红外测温的时候，选取的温度传感器要尽可能避免对于吸收带，优选工作波段6～10μm。此外，因红外测温过程中，只有红外温度传感器的发射率与被测物体的发射率一致的时候才能正确显示温度，因此开GIS设备测温的时候，红外测温的读数是比实际值偏小的，因此测量的时候需要调低红外发射率。
（3）针对高电压、强电场、强磁场的运行特点，要求所使用的温度传感器要具备合适的温度范围、温度分辨率、距离系数、响应时间以及稳定性。设备选取不合适，也会影响影响测试精度。
4.结语
基于红外测温技术的基本原理、GIS设备发热缺陷产生机理以及结构特点，给出了常见的测温图谱特点。通过大量的数据分析，指出了影响GIS红外测温的影响因素以及响应解决措施。对于运行人员开展GIS设备开展红外测温提供参考。
参考文献：
[1]、武胜斌，郑研，陈志彬.基于红外测温技术的GIS导体温度在线监测的方案[J].高压电器，2009，45（4）：100-102
[2]从浩熹，李庆民等，.基于红外传感器的GIS隔离开关触头温度在线监测技术研究[J].电力自动化设备，2014，34（3）：144-148
[3]魏翔，.气体绝缘金属封闭开关柜在线测温系统设计[J].电工电气，2010（1）：51-54
[4]师晓岩，查玮，孙福等.UHV GIS内部温度场的红外热诊断技术[J].高电压技术，2007，33（6）：16-10
[5]陈仁刚，冯新岩，辜超，等.红外测温技术在GIS故障诊断中的应用[J].高压电器，2015，51（9）：190-194
[6]艾艳荣，刘洁、汪亚芬 红外测温技术在GIS故障诊断中的应用探究，[J]动力与电气工程，2018，39（06）：29-31
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