利用红外图谱分析诊断设备过热缺陷的方法

摘要

本发明公开了一种利用红外图谱分析诊断设备过热缺陷的方法，其步骤为：建立标准图谱库和典型异常红外图谱库；现场采集设备红外热图并识别、匹配设备台账信息；计算图谱的相关温度指标，自动提取最相似案例图谱；与标准图谱、典型异常图谱和最相似案例图谱充分比对，分析诊断设备是否过热；对设备状态和缺陷程度判断定级，分析风险并给出处理决策建议；状态数据和决策建议传输到生产管理系统。本发明的利用红外图谱分析诊断设备过热缺陷的方法，方便于图谱的集中管理和信息共享，提高了图谱分析诊断的准确度、可靠性，而且为缺陷现场处理提供决策建议，还与生产管理系统交互对接，对深入推进设备状态检修起到非常积极的作用。

说明书

技术领域

本发明属电气设备带电检测诊断领域，具体涉及一种利用外红图谱分析诊断运行中电气 设备是否发生过热缺陷的方法。

背景技术

电气设备常常由于发生过热缺陷而损坏，有时甚至会导致较为严重的电网事故，因此， 如何尽早、及时发现设备过热缺陷，保障设备健康和电网运行安全，成为电力企业较为关注 的问题。红外热像技术可快速、实时获取设备表面和内部温度信息，且不需直接接触运行中 的带电设备，因而能够方便、准确地分析诊断出绝大多数设备过热缺陷，在实际现场中能够 发挥重要作用。然而，由于电气设备红外热像图谱的数据量通常非常大，目前又缺乏分析诊 断准确度高、可靠性强、系统功能相对完善的集中管理手段和方法，很大程度上制约了红外 热像技术在电力生产中的应用和发展。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种利用红外图谱分析诊断设备 过热缺陷的方法，以实现红外图谱的集中管理和信息共享，提高图谱分析诊断的准确度、可 靠性，为缺陷现场处理提供决策建议。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

利用红外图谱分析诊断设备过热缺陷的方法，其特点是，

步骤1：规范图谱数据格式，按设备逐台或逐相分别建立标准图谱库和典型异常红外图 谱库；

步骤2：运用便携式测温仪器或在线式红外测温仪器，现场采集被测设备的红外热图， 并根据红外热图获取被测设备的设备信息；

步骤3：将被测设备的设备信息与生产管理系统中的台账信息进行匹配，定位被测设备

步骤4：判断被测设备的可疑过热部位，并判定被测设备致热的致热类型；

步骤5：获取红外热图中被测设备的温度参数及现场测量人员、测量时间、测量仪器和 环境参数信息；

步骤6：利用被测设备的红外热图的温度参数和环境参数信息，计算被测设备的红外热 图的相关温度指标；所述相关温度指标包括热点温度、温差、相对温差和温升；

步骤7：根据步骤6中计算得出的相关温度指标，在所有历史图谱中自动搜索提取出最 相似案例图谱；

步骤8：根据步骤4获得的被测设备的致热类型和步骤6获得的相关温度指标，在比对 标准图谱、典型异常红外图谱和最相似案例图谱的基础上，综合分析诊断被测设备是否发生 过热缺陷；

步骤9：依据步骤8的分析诊断结果，对被测设备状态和缺陷程度判断定级，分析可能 导致的风险并给出相应的现场处理决策建议；

步骤10：将被测设备状态信息（即步骤9的被测设备状态，包括设备的发热部位、发热 程度）和步骤9中的处理决策建议传输到生产管理系统，触发缺陷管理流程启动和评价状态 自动更新。

本发明的利用红外图谱分析诊断设备过热缺陷的方法的特点也在于：

在所述步骤1中，所述的标准图谱库包含所有被测设备的正常红外图谱库和可见光图谱 库两部分；所述正常红外图谱库用于参照比对分析，所述可见光图谱库用于高清描绘显示设 备发热点；

所述的典型异常红外图谱库包括所有被测设备的各个常见发热部件的代表性异常红外图 谱，所述异常红外图谱还附带有缺陷情况描述、缺陷原因分析和现场处理情况等信息。

在所述步骤2中，所述便携式测温仪器利用USB标准接口将采集到的图谱存储到计算机 并上传至服务器；所述在线式红外测温仪器具有实时通讯功能，通过RS485自动将采集到的 图谱上传至服务器。

所述步骤3中，根据红外热图获取被测设备的设备信息包括设备类型、电压等级、设备 型号、设备厂家和设备名称，以实现红外图谱的自动命名、存储；采用便携式测温仪器时， 手动识别被测设备台账信息，在线式测温采集的图谱通过标记扫描点的方式自动识别设备及 其台账信息。

所述步骤5中，被测设备的温度参数是自动从图谱中提取的；采用便携式测温仪器时， 现场测量人员、测量时间、测量仪器和环境参数信息是人工手动回填的；采用在线式红外测 温仪器，现场测量人员、测量时间、测量仪器和环境参数信息是自动获取的；所述环境参数 是指大气温度、相对湿度、风力、辐射率、测量距离以及运行电压和负荷电流。

所述步骤7中的最相似案例图谱，是指与本次图谱具有相同致热类型、相同电压等级、 相同设备类型和相同发热部件的图谱中，对于由热点温度、温差、相对温差和温升所形成的 温度指标特征向量，相似系数较高、偏差率最小的图谱。

步骤8中，所述的分析诊断方法包括：表面温度判断法、相对温差判断法、图像特征判 断法、同类比较判断法和档案分析判断法。

在步骤10中，触发设备缺陷流程启动和评价状态自动更新后，图谱将会对缺陷流程和记 录进行跟踪，缺陷状态、缺陷原因分析和现场处理情况将会回填到对应图谱的附带信息里去， 为以后的图谱比对分析提供参考。

所述的被测设备包括变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、电抗器、 电力电容器、避雷器、绝缘子、母线、组合电器、套管、穿墙套管、导线、线夹、电缆终端 和二次端子箱。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明的利用红外图谱分析诊断设备过热缺陷的方法，建立标准图谱库和典型异常红外 图谱库；现场采集设备红外热图并识别、匹配设备台账信息；计算图谱的温度指标值，自动 提取最相似案例图谱；与标准图谱、典型异常图谱和最相似案例图谱充分比对，采用多种方 法综合分析诊断设备是否过热；对设备状态和缺陷程度判断定级，分析风险并给出处理决策 建议；状态数据和决策建议传输到生产管理系统，触发缺陷管理流程启动和评价状态自动更 新。

本发明的利用红外图谱分析诊断设备过热缺陷的方法，方便于图谱的集中管理和信息共 享，提高了图谱分析诊断的准确度、可靠性，而且为缺陷现场处理提供决策建议，还与生产 管理系统交互对接，对深入推进设备状态检修起到非常积极的作用。

附图说明

图1为本发明的利用红外图谱分析诊断设备过热缺陷的方法的分析诊断过程的流程图。

图2为本发明的利用红外图谱分析诊断设备过热缺陷的方法建立标准图谱库的流程图。

图3为本发明的利用红外图谱分析诊断设备过热缺陷的方法的建立典型异常红外图谱库 的流程图。

图4为本发明的利用红外图谱分析诊断设备过热缺陷的方法的获取最相似案例图谱的流 程图。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见附图1～图4，利用红外图谱分析诊断设备过热缺陷的方法，其特征是，包括如下步 骤：

步骤1：规范图谱数据格式，按设备逐台或逐相分别建立标准图谱库和典型异常红外图 谱库；

步骤2：运用便携式测温仪器或在线式红外测温仪器，现场采集被测设备的红外热图， 并根据红外热图获取被测设备的设备信息；

步骤3：将被测设备的设备信息与生产管理系统中的台账信息进行匹配，定位被测设备， 以确定被测设备是台账信息中的哪一台设备，从而确定被测设备的类型、型号和所在的位置 等，一是以便于在设备存在异常情况时使得工作人员能够快速处理，二是方便于红外图谱的 统计查询，三是便于实现与生产管理系统的交互对接；红外图谱识别、匹配设备台账信息过 程：便携式测温仪器现场采集红外图谱后，图谱手动暂存到在计算机上，然后通过与生产管 理系统服务器对接，手动调取被测设备在生产管理系统中的设备台账信息，实现图谱的自动 命名和存储，以此实现图谱与设备台账信息的匹配；在线式测温仪器由于事先在仪器内部系 统中对每一个扫描点标记了现场设备的运行编号、设备名称，所以能通过与生产管理系统服 务器的实时通讯实现采集到的图谱自动与设备台账信息相匹配。

步骤4：判断被测设备的可疑过热部位，并判定被测设备致热的致热类型；设备致热类 型包括：电流型致热、电压型致热和综合型致热；

步骤5：获取红外热图中被测设备的温度参数及现场测量人员、测量时间、测量仪器和 环境参数信息；

步骤6：利用被测设备的红外热图的温度参数和环境参数信息，计算被测设备的红外热 图的相关温度指标；所述相关温度指标包括热点温度、温差、相对温差和温升；所述热点温 度就是直接从被测设备红外热图获得的，温差、相对温差、温升是通过从红外热图获得的最 低温度以及外界环境温度进行计算的，在DL/T664-2008《带电设备红外诊断应用规范》有这 几个指标的定义，温升是设备热点温度与环境温度之差，温差是热点温度与最低温度之差， 相对温差即（热点温度-最低温度）除以（最低温度-环境温度）再乘以百分之百。

步骤7：根据步骤6中计算得出的相关温度指标，在所有历史图谱中自动搜索提取出最 相似案例图谱；所述历史图谱包括了标准图谱库和典型异常红外图谱库中的图谱，也包括了 后来历次采集的现场图谱，每次采集的图谱经诊断分析、设备缺陷现场处理后即转为历史图 谱。

步骤8：根据步骤4获得的被测设备的致热类型和步骤6获得的相关温度指标，在比对 标准图谱、典型异常红外图谱和最相似案例图谱的基础上，综合分析诊断被测设备是否发生 过热缺陷；综合分析诊断设备是否发生过热缺陷的方法包括表面温度判断法、相对温差判断 法、图像特征判断法、同类比较判断法和档案分析判断法；表面温度判断法即根据测得的设 备表面温度值，对照GB/T11022《高压开关设备和控制设备共用技术要求》中对高压开关设 备和控制设备各种部件、材料、绝缘介质的温度和温升极限的有关规定，结合环境气候条件、 负荷大小进行分析判断；相对温差判断法即根据测得设备相对温差，对照DL/T664-2008《带 电设备红外诊断应用规范》的有关规定，结合故障特征进行分析判断；图像特征判断法即根 据同类设备的正常状态和异常状态的热像图谱，判断设备是否正常；同类比较判断法即根据 同组三相设备、同相设备之间及同类设备之间对应部位的温差进行比较分析，判断设备是否 正常；档案分析判断法即结合历史图谱记录，分析同一设备不同时期的温度场分布，找出设 备致热参数的变化，判断设备是否正常。

步骤9：依据步骤8的分析诊断结果，对被测设备状态和缺陷程度判断定级，分析可能 导致的风险并给出相应的现场处理决策建议；

步骤10：将被测设备状态信息（即步骤9的被测设备状态，包括设备的发热部位、发热 程度）和步骤9中的处理决策建议传输到生产管理系统，触发缺陷管理流程启动和评价状态 自动更新。

所述步骤9中的被测设备状态包括正常状态、注意状态、缺陷状态，缺陷程度又分级为 一般缺陷、严重缺陷和危急缺陷；所述的现场处理决策建议主要是针对需要采取的进一步诊 断项目、设备是否需加强监视以及对某个具体零部件的处理措施、缺陷处理时限和紧急度要 求等方面的建议。

在所述步骤1中，所述的标准图谱库包含所有被测设备的正常红外图谱库和可见光图谱 库两部分；所述正常红外图谱库用于参照比对分析，所述可见光图谱库用于高清描绘显示设 备发热点；

所述的典型异常红外图谱库包括所有被测设备的各个常见发热部件的代表性异常红外图 谱，所述异常红外图谱还附带有缺陷情况描述、缺陷原因分析和现场处理情况等信息。

在所述步骤2中，所述便携式测温仪器利用USB标准接口将采集到的图谱存储到计算机 并上传至服务器；所述在线式红外测温仪器具有实时通讯功能，通过RS485自动将采集到的 图谱上传至服务器。

所述步骤3中，根据红外热图获取被测设备的设备信息包括设备类型、电压等级、设备 型号、设备厂家和设备名称，以实现红外图谱的自动命名、存储；采用便携式测温仪器时， 手动识别被测设备台账信息，在线式测温采集的图谱通过标记扫描点的方式自动识别设备及 其台账信息。

所述步骤5中，被测设备的温度参数是自动从图谱中提取的；采用便携式测温仪器时， 现场测量人员、测量时间、测量仪器和环境参数信息是人工手动回填的；采用在线式红外测 温仪器，现场测量人员、测量时间、测量仪器和环境参数信息是自动获取的；所述环境参数 是指大气温度、相对湿度、风力、辐射率、测量距离以及运行电压和负荷电流。

所述步骤7中的最相似案例图谱，是指与本次图谱具有相同致热类型、相同电压等级、 相同设备类型和相同发热部件的图谱中，对于由热点温度、温差、相对温差和温升所形成的 温度指标特征向量，相似系数较高、偏差率最小的图谱。

步骤8中，所述的分析诊断方法包括：表面温度判断法、相对温差判断法、图像特征判 断法、同类比较判断法和档案分析判断法。

在步骤10中，触发设备缺陷流程启动和评价状态自动更新后，图谱将会对缺陷流程和记 录进行跟踪，缺陷状态、缺陷原因分析和现场处理情况将会回填到对应图谱的附带信息里去， 为以后的图谱比对分析提供参考。

所述的被测设备包括变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、电抗器、 电力电容器、避雷器、绝缘子、母线、组合电器、套管、穿墙套管、导线、线夹、电缆终端 和二次端子箱。

本发明的利用红外图谱分析诊断设备过热缺陷的方法，规范了图谱数据格式，方便于图 谱的集中管理和信息共享；高清可见光图谱多角度展示设备全景，能辅助于精确显示设备发 热点，为分析诊断和现场处理提供可靠依据，而且很好地解决了测温仪器在图谱清晰度与识 别分析速度之间的矛盾关系；充分比对标准图谱、典型异常图谱和最相似案例图谱，引入了 现场实际经验的借鉴，在此基础上采用多种方法分析诊断，大大提高了图谱分析判断的准确 度和可靠性；具有快捷、全面的查询、统计、浏览、修改等维护功能，能对超周期无图谱记 录的设备和超时限未消缺的相应图谱标色警示，便于实行设备测温周期管理和缺陷过程管理， 而且由于与生产管理系统实时交互对接，能为设备状态检修提供极大的便利。

本发明提供方法的实施方式如下：

参见附图1，利用红外图谱分析诊断设备过热缺陷的方法包括以下步骤：

（1）规范图谱数据格式，按设备逐台或逐相分别建立标准图谱库和典型异常红外图谱库；

图谱数据格式统一规范为JPG或BMP格式；设备包括变压器、断路器、隔离开关、电 流互感器、电压互感器、电抗器、电力电容器、避雷器、绝缘子、母线、组合电器、套管、 穿墙套管、导线、线夹、电缆终端和二次端子箱。

标准图谱库的建立过程如附图2所示。高清可见光照相机现场逐台设备收集全景可见光 图谱，手动存储到设备台账下，形成涵盖全设备的可见光图谱库；便携式或在线式测温仪器 现场逐台设备收集正常红外热图，对设备台账信息进行识别、匹配，正常红外图谱进行存档， 形成涵盖全部设备各可能发热部件的正常红外图谱库；规范两个库的图谱格式，建立设备标 准图谱库。

典型异常红外图谱库的建立过程如附图3所示。便携式或在线式测温仪器逐台设备定位 个常见的可能发热部件，现场收集典型异常红外图谱，对设备台账进行识别、匹配，典型异 常红外图谱进行存档，规范图谱格式，建立设备典型异常红外图谱库。

（2）运用便携式或在线式红外测温仪器现场采集设备红外热图；

便携式测温仪器现场采集红外热图时，天气以阴天、多云为宜，风速一般不大于0.5米/ 秒，设备通电时间应在24小时以上，尽量避开热辐射源的干扰，测温仪器还需定期校验；在 线式测温装置应能长期连续稳定工作，满足全天候环境使用条件。

便携式测温仪器采集到的图谱利用USB标准接口存储到计算机并上传至服务器；在线式 测温仪器具有实时通讯功能，通过RS485自动将采集到的图谱上传至服务器。

（3）识别设备在生产管理系统中的台账信息，红外热图与相应设备台账进行匹配；

图谱识别匹配设备台账后能实现自动命名和存储，并可根据设备台账信息对图谱进行维 护，进行图谱的查询、统计、浏览、修改等功能操作。

（4）定位设备可疑过热部位，并判定设备致热的类型；

设备图谱中某一区域的平均温度尤为异于其他区域，则定位为可疑的过热部位；设备致 热的类型包括电流型致热、电压型致热和综合型致热。

（5）获取红外热图的温度参数以及现场测量人员、测量时间、测量仪器和环境参数信息；

温度参数自动从图谱的原始温度计算数据中提取；对于现场测量人员、测量时间、测量 仪器和环境参数信息，便携式测温方式是人工手动回填的，在线式测温方式则自动获取并上 传回填到服务器。

（6）利用获取的参数信息换算设备红外图谱的热点温度、温差、相对温差和温升等相关 指标；

热点温度、温差、相对温差和温升等指标通过谱图自动提取的温度参数以及大气温度值 进行换算。

（7）根据计算得出的相关温度指标值，在所有历史图谱中自动搜索提取出最相似案例图 谱；

最相似案例图谱的提取过程如附图4所示。从历史图谱记录中查找出与本例图谱致热类 型、电压等级、设备类型、发热部件均相同的图谱；满足条件的历史图谱分别与本例图谱对 比分析，计算温度指标特征向量的相似系数；过滤出相似系数大于0.9的历史图谱；根据致 热类型确定个温度指标的权重系数并分别计算历史图谱与本例图谱的温度指标特征向量偏差 率；找出偏差率最小的历史图谱，确定为本例图谱的最相似案例图谱。

温度指标特征向量为图谱的热点温度、温差、相对温差、温升所形成的四维向量，如本 例图谱的热点温度值记为a₁，温差值记为a₂，相对温差值记为a₃，温升值记为a₄，则本例图谱 的温度指标特征向量A=[a₁，a₂，a₃，a₄]，同理，可将任一历史图谱的热点温度值记为b_i1，温 差值记为b_i2，相对温差值记为b_i3，温升值记为b_i4，则任一历史图谱的温度指标特征向量 B_i=[b_i1，b_i2，b_i3，b_i4]。

温度指标特征向量的相似系数采用余弦相似系数来计算，本例图谱的温度指标特征向量 A与任一历史图谱的温度指标特征向量B_i的余弦相似系数ρ_cos可按下列公式计算：

${\rho }_{\cos }=\frac{\underset{m=1}{\overset{4}{\Sigma }}{a}_m·b_{\mathrm{in}}}{\sqrt{\underset{m=1}{\overset{4}{\Sigma }}{a}_m^2}·\sqrt{\underset{m=1}{\overset{4}{\Sigma }}{b}_{\mathrm{im}}^2}}$

考虑到设备致热类型的不同，对图谱的温度指标特征向量中各分量的影响程度也不一样， 因此，在计算本例图谱温度指标特征向量A与任一历史图谱温度指标特征向量B_i的偏差率时， 采取综合权重偏差率来计算，计算时权重系数向量记为K=[k₁，k₂，k₃，k₄]，则综合权重偏 差率ε的计算公式如下：

$ϵ=\underset{n=1}{\overset{4}{\Sigma }}{k}_n·\left|\frac{b_{\mathrm{in}}-a_n}{a_n}\right|$

其中，对于设备致热类型为电流型致热时K=[0.40，0.15，0.20，0.25]，对于设备致热类 型为电压型致热时K=[0.10，0.45，0.35，0.10]，对于设备致热类型为综合型致热时K=[0.25， 0.25，0.25，0.25]。

（8）结合设备致热类型和温度指标值，在充分比对标准图谱、典型异常红外图谱和最相 似案例图谱的基础上，采用多种方法综合分析诊断设备是否发生过热缺陷；

多种分析诊断方法包括表面温度判断法、相对温差判断法、图像特征判断法、同类比较 判断法和档案分析判断法。表面温度判断法即根据测得的设备表面温度值，对照GB/T11022 《高压开关设备和控制设备共用技术要求》中对高压开关设备和控制设备各种部件、材料、 绝缘介质的温度和温升极限的有关规定，结合环境气候条件、负荷大小进行分析判断；相对 温差判断法即根据测得设备相对温差，对照DL/T664-2008《带电设备红外诊断应用规范》的 有关规定，结合故障特征进行分析判断；图像特征判断法即根据同类设备的正常状态和异常 状态的热像图谱，判断设备是否正常；同类比较判断法即根据同组三相设备、同相设备之间 及同类设备之间对应部位的温差进行比较分析，判断设备是否正常；档案分析判断法即结合 历史图谱记录，分析同一设备不同时期的温度场分布，找出设备致热参数的变化，判断设备 是否正常。

（9）依据诊断结果，对设备状态和缺陷程度判断定级，分析可能导致的风险并给出相应 的现场处理决策建议；

设备状态包括正常状态、注意状态、缺陷状态，缺陷程度又分级为一般缺陷、严重缺陷 和危急缺陷；所述的现场处理决策建议主要是针对需要采取的进一步诊断项目、设备是否需 加强监视以及对某个具体零部件的处理措施、缺陷处理时限和紧急度要求等方面的建议。

（10）状态信息和处理决策建议传输到生产管理系统，触发缺陷管理流程启动和评价状 态自动更新。

触发设备缺陷流程启动和评价状态自动更新后，图谱将会对缺陷流程和记录进行跟踪， 缺陷状态、缺陷原因分析和现场处理情况将会回填到对应图谱的附带信息里去，为以后的图 谱比对分析提供参考。

本发明的利用红外图谱分析诊断设备过热缺陷的方法，其建立标准图谱库和典型异常图 谱库，在历史图谱中自动提取最相似案例图谱，然后将本次图谱与标准图谱、典型异常图谱 和最相似图谱充分比对，在此基础上采用多种方法综合分析诊断设备是否过热，判定设备状 态和缺陷程度并提出现场处理决策建议，将状态数据和决策建议传输到生产管理系统，触发 缺陷管理流程启动和评价状态自动更新。