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電力系統(tǒng)中紅外熱像測溫技術(shù)的應(yīng)用
2012-01-09
紅外熱像測溫技術(shù)是一項(xiàng)十分有效的新型設(shè)備故障檢測、溫度在線測量技術(shù)，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)電氣設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，提高設(shè)備管理運(yùn)行水平，同時(shí)在輸電線路預(yù)防性維護(hù)、檢測方面，具有很大的優(yōu)越性。隨著電力工業(yè)向著大機(jī)組、大容量與高電壓供電的方向迅速發(fā)展，保證供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行和保障電力設(shè)備時(shí)刻處于穩(wěn)定良好的狀態(tài)，成了電力管理的突出問題。由于電力設(shè)備的熱效應(yīng)是多種故障和異常現(xiàn)象的重要原因，因此對電力設(shè)備的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線溫度監(jiān)測，是保障電力設(shè)備運(yùn)行可靠的必備手段。在供電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展極為迅速和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日趨合理化的今天，國家對電力系統(tǒng)供電可靠性的要求越來越高。因此輸電線路紅外熱像在線測溫技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用顯得尤為重要。
2.紅外熱像測溫技術(shù)
紅外熱像測溫技術(shù)是利用紅外探測輸電線路中各種電氣設(shè)備表面輻射的不為人眼所見的紅外線輻射狀態(tài)的熱信息，然后轉(zhuǎn)換成溫度進(jìn)行顯示的技術(shù)。是一種被動(dòng)的、非接觸式的檢測手段。它能測量設(shè)備表面上某點(diǎn)周圍確定面積的平均溫度，以溫度高低來判斷其工作狀態(tài)的正常與否。紅外熱像儀就是利用該技術(shù)制作而成的檢測設(shè)備，目前已在輸電線路在線測溫、電力設(shè)備故障診斷領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
設(shè)備的紅外輻射通過大氣傳輸?shù)郊t外熱像儀，熱像儀中的光學(xué)系統(tǒng)將設(shè)備輻射的能量匯聚到探測器上，探測器將入射的輻射轉(zhuǎn)換成為電信號，經(jīng)過信號處理后顯示出來。
紅外熱成像儀的功能及優(yōu)勢：(1)通過對設(shè)備表面溫度分布的測量，可以分析設(shè)備內(nèi)部熱損耗部位和性質(zhì)，從而判斷該設(shè)備的健康狀態(tài)。熱點(diǎn)溫度直觀顯示，熱清晰，能儲(chǔ)存和打印。(2)具有定性成像與定量測量的雙重功能，并有較高空間分辨率和溫度分辨率，能夠辨別很小的溫差。實(shí)時(shí)熱能夠清晰顯示在屏幕上，為建立熱數(shù)據(jù)庫提供了條件，實(shí)現(xiàn)了采集、儲(chǔ)存、分析于一體的功能。(3)用紅外熱成像儀檢測設(shè)備，屬于遠(yuǎn)距離非接觸式的掃描巡檢，可以保證人身設(shè)備的安全。(4)紅外熱成像儀檢測設(shè)備，如同用攝像機(jī)錄像，能夠快速的對大面積的設(shè)備進(jìn)行檢測，能夠準(zhǔn)確、直觀的發(fā)現(xiàn)與運(yùn)行電壓、電流有關(guān)的設(shè)備缺陷，還可對缺陷的性質(zhì)、位置、程度做出定性、定量的判斷。
3。紅外熱像測溫技術(shù)的應(yīng)用
輸電線路的溫度信息可以通過紅外圖像進(jìn)行有效反映。紅外熱像是唯一一種可以將熱信息瞬間可視化，并加以驗(yàn)證的診斷技術(shù)。紅外熱像儀可揭示熱故障，并通過非接觸溫度測量加以定性分析，在專業(yè)的紅外分析軟件的幫助下，數(shù)秒內(nèi)便可自動(dòng)完成分析報(bào)告。
3.1紅外熱像測溫技術(shù)在設(shè)備檢測方面的應(yīng)用
所有利用或者發(fā)射能量的設(shè)備在發(fā)生故障前都會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象。電力系統(tǒng)的設(shè)備巡視人員以前在巡視時(shí)一般通過目測、耳聽和鼻嗅等來了解設(shè)備的運(yùn)行情況，其中以目測為主，但目測的方法有著很大的局限性，對一些有發(fā)展性的缺陷，特別是設(shè)備內(nèi)部缺陷，要到設(shè)備發(fā)熱到一定程度后才能被發(fā)現(xiàn)，這樣不但給設(shè)備缺陷的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理造成延誤，而且可能會(huì)對運(yùn)行設(shè)備造成不同程度的損壞。而紅外熱像技術(shù)它能夠在設(shè)備發(fā)生故障之前，快速、準(zhǔn)確、安全地發(fā)現(xiàn)故障，并及時(shí)進(jìn)行維修，避免輸電線路因高溫?zé)峁收显斐蓴嚯姷綦娝鶐淼膿p失。
紅外熱像儀能夠正確引導(dǎo)預(yù)防性維護(hù)專家對電氣設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。可以將測量溫度值與歷史溫度進(jìn)行比較，或者與相同時(shí)間同類設(shè)備的溫度讀數(shù)進(jìn)行比較，以準(zhǔn)確判斷是否發(fā)生了顯著的溫升，是否會(huì)導(dǎo)致部件失效，帶來生產(chǎn)隱患。主要用于電力預(yù)防性維護(hù)等用途。特別是用于輸電線路預(yù)防性維護(hù)、檢測方面，具有很大的優(yōu)越性
紅外熱像儀的特點(diǎn)：(1)操作簡單，設(shè)備溫度巡視直觀方便。運(yùn)用菜單操作模式，人機(jī)界面友好，操作簡單;還可通過通信口，將圖像信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)對溫度圖像進(jìn)行后臺(tái)處理。(2)以掃描方式探測設(shè)備溫度，取代逐點(diǎn)測量模式，極大提高工作效率。紅外熱成像儀可同時(shí)測量掃描范圍內(nèi)所有設(shè)備的溫度，并且可以通過設(shè)置，對掃描范圍內(nèi)超過允許溫度值進(jìn)行報(bào)警，利用此機(jī)對變電站進(jìn)行巡視，一座變電站只需十幾分鐘到半個(gè)小時(shí)即可完成所有設(shè)備的溫度初步測量。(3)通過掃描方式測溫，使得對電力設(shè)備溫度的重點(diǎn)測量轉(zhuǎn)為全面測量成為可能。不僅設(shè)備接頭部分可以全部測量，設(shè)備本身如變壓器、斷路器、瓷瓶等均可進(jìn)行測量。(4)由于測溫效率的提高，從而使設(shè)備測溫頻率提高，設(shè)備溫度情況掌握更為及時(shí)。實(shí)現(xiàn)了巡視設(shè)備的同時(shí)測量設(shè)備溫度，使得設(shè)備溫度測量頻率與設(shè)備巡視頻率實(shí)現(xiàn)了同步，設(shè)備溫度情況掌握及時(shí)性大為提高。(5)通過溫度圖像，使設(shè)備故障分析成為可能。測量的設(shè)備溫度圖像，由于其溫度信息豐富，可以觀測到設(shè)備各點(diǎn)的溫度分布。通過溫度分布信息，可以探測設(shè)備內(nèi)部故障，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障分析。
3.2 紅外熱像測溫技術(shù)在溫度在線監(jiān)測方面的應(yīng)用
輸電線路紅外熱像在線測溫系統(tǒng)運(yùn)用先進(jìn)的紅外熱像技術(shù)，對輸電線路運(yùn)行溫度進(jìn)行狀態(tài)在線監(jiān)測;利用已有的GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)熱像圖數(shù)據(jù)的傳輸，具有覆蓋面廣，無需增加傳輸設(shè)備和線路的特點(diǎn)，特別適用于無法架設(shè)線路的偏遠(yuǎn)地域的輸電線路場合。系統(tǒng)圖像采集與傳輸終端由紅外熱像圖采集模塊、圖像數(shù)據(jù)壓縮模塊、GPRS網(wǎng)絡(luò)通信模塊、圖像數(shù)據(jù)傳輸模塊和太陽能供電裝置等組成，其中圖像數(shù)據(jù)壓縮模塊采用JPEG硬件壓縮編碼技術(shù)，對靜態(tài)圖像進(jìn)行壓縮編碼，最大限度地減少了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)資源，提高了圖片的傳輸速度。為了解決設(shè)計(jì)中的高速率圖像采集、壓縮控制與數(shù)據(jù)傳輸速度相對較慢帶來的變速率采樣問題，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)采用微控制器加可編程邏輯控制芯片(MCU+CPLD)的方案，各項(xiàng)子功能由標(biāo)準(zhǔn)通用模塊完成，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)整體性能，用戶可以利用PC機(jī)通過Internet上實(shí)現(xiàn)熱像圖的遠(yuǎn)端采集與現(xiàn)場監(jiān)控。
3.2.1 在線溫度監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分：圖像采集與傳輸終端(前端);監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)服務(wù)器(中心端)。在系統(tǒng)構(gòu)成上可分為上位機(jī)(監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)服務(wù)器)和下位機(jī)(圖像采集與傳輸終端)兩大部分。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)對圖像采集與傳輸終端進(jìn)行管理和控制，處于管理層次的上層，因此稱為上位機(jī)。圖像采集與傳輸終端處在數(shù)據(jù)中心的控制下，負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸，處于管理層次的下層，因此稱為下位機(jī)。
圖像采集與傳輸終端包括以圖像采集芯片處理器為核心的圖像采集與JPEG壓縮部分和GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸部分以及紅外報(bào)警部分。圖像采集部分由視頻A/D芯片實(shí)現(xiàn)模擬圖像的數(shù)字化轉(zhuǎn)換，使用專用芯片實(shí)現(xiàn)JPEG圖像壓縮編碼。GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸部分由專用GPRS模塊實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，它與圖像采集部分的接口是通用異步串行接口(UART)。紅外報(bào)警部分實(shí)現(xiàn)輸電線路溫度出現(xiàn)異常狀況的報(bào)警功能。下位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)輸電線路現(xiàn)場原始圖像的采集和壓縮以及壓縮圖像數(shù)據(jù)的GPRS無線信道傳輸，這些功能都由相應(yīng)的軟件支持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
服務(wù)器包括硬件和軟件，硬件為具有公網(wǎng)IP地址的計(jì)算機(jī)，軟件即為服務(wù)器程序，由服務(wù)器程序?qū)崿F(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊和中心間的命令傳遞和數(shù)據(jù)傳輸。監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)服務(wù)器也包括硬件和軟件部分。硬件為一臺(tái)能接入Internet的計(jì)算機(jī)，軟件為監(jiān)控程序，電腦的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為公網(wǎng)、動(dòng)態(tài)IP。在這里特別指出，因?yàn)楸O(jiān)控中心端滿足服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)要求，所以該系統(tǒng)將服務(wù)器和監(jiān)控中心端放到一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，以節(jié)約硬件和網(wǎng)絡(luò)資源。上位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)壓縮圖像數(shù)據(jù)的接收及解碼和接收圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫保存和處理。
3.2.2 在線溫度監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)
(1)非接觸式測溫，溫度測量信號既可以連續(xù)的，也可以是間斷的，具有就地溫度顯示功能，同時(shí)詛度測量信號可轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳。
(2)溫度響應(yīng)時(shí)間比接觸式溫度測量快，溫度測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、精度等級高、穩(wěn)定可靠。
(3)溫度測量系統(tǒng)操作靈活、簡單、快捷、方便、安全可靠，系統(tǒng)免維護(hù)。
(4)測溫系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，在噪聲大、電磁干擾大、震動(dòng)大、粉塵大的環(huán)境下仍能正常工作。
(5)無線傳輸性能穩(wěn)定，能克服現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，將溫度測量信號時(shí)實(shí)、準(zhǔn)確的傳輸?shù)娇刂剖摇?br />
(6)溫度測量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示溫度測量信號，可以隨時(shí)讀取和以多種形式進(jìn)行存儲(chǔ)，另外溫度測量信號可以上傳到ERP管理網(wǎng)。
(7)本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)檢測控制系統(tǒng)。系統(tǒng)將自動(dòng)保存每次溫度巡檢的記錄，并可同時(shí)進(jìn)行視頻錄像。一旦系統(tǒng)檢測到溫度異常(即超出高低溫度區(qū)間設(shè)置)就會(huì)通過監(jiān)控屏幕的閃爍和報(bào)警聲音提示監(jiān)控工作人員有異常產(chǎn)生。顯示、報(bào)警、預(yù)置、記錄查詢等都在監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)。這樣，即保證了測量的及時(shí)性，又減輕了人力、物力的消耗。
4.結(jié)論
紅外熱成像技術(shù)是一項(xiàng)十分有效的新型設(shè)備故障檢測、溫度在線測量技術(shù)，能夠正確引導(dǎo)預(yù)防性維護(hù)專家對電氣設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，提高了設(shè)備運(yùn)行管理水平，保證了電網(wǎng)安全優(yōu)質(zhì)供電，更好地實(shí)現(xiàn)變電站無人值守，對促進(jìn)非接觸式紅外熱像儀在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用具有重要的意義。
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