动态红外测温技术在变电站中的应用.doc

动态红外测温技术在变电站中的应用张丹耀 赖永生(福建省厦门超高压输变电局 福建省 厦门市 361004)摘要：红外测温技术已在我国电力系统设备巡检过程中得到广泛的应用，但目前仅仅局限于定期巡检，并未实现对设备的实时动态监测。本文应用动态红外测温技术实现了对电气设备全过程的红外测温，为状态检修提供可靠的依据，提高了电网安全稳定运行。关键字：设备巡视 红外测温 动态监控0 引言红外测温因具有快捷、方便、灵敏度高、非接触性远距离测量、无需使被测设备停运或解体等优点，因此在电力系统故障诊断中得到广泛的应用。变压器、断路器、电压互感器、电流互感器等设备由于绝缘老化或接触不良而造成温度异常变化，进而引发事故，且其结构复杂，内部缺陷不易被发现，为解决该问题，主要采用传统的热像仪或点温仪对设备进行定期巡检。而热像仪或点温仪只能根据当时的情况，不能实现动态监测更不能预测未来的情况并及时报警。此外，在巡检过程中人员的责任心，巡检时间间隔等也是比较突出的问题，这样造成很多缺陷不能被及时发现，往往等到缺陷扩大造成设备损伤时才发现。另外，目前的红外测温系统一般采用RS232/RS485作为温度数据的传输方式，通过标准视频系统传输图像信号，由于RS232/RS485的传输速率很慢，不能实现全部温度数据的实时传输；而标准视频图像信号又不包括温度信息，不能进行温度图像分析与处理，由于高电磁场的干扰，易受干扰，影响了图像的传输。由于以上等原因，目前变电站使用的红外测温系统并不能很好的实现对设备的监控。为解决上述问题，本文在变电站故障诊断中引入在红外测温技术进行实时动态监测，能有效预防电气设备事故的发生，对提高设备运行的安全可靠性具有重要的意义。1 常规红外测温系统技术缺陷在传输方式上是采用1394的火线传输方式进行传输，而1394设计之初就是为了传输标准DV视频信号的，1394传输方式占用80%以上计算机CPU资源，非常容易造成死机和丢帧，特别是无法做到同步进行实时显示、分析和录制；就是说实时显示的时候就不能分析，实时分析的时候就无法录制；这样就在实际的应用中有极大的局限性。常规红外仪所说的25帧指的是25帧的视频图象加几个点或几帧的温度数据。由于传输的是DV视频信号，温度数据采样的速度慢且少，无法获取设备温度细微变化，所获取的温度数据少。由于温度数据和视频信号格式的不同，温度数据和DV视频图象的复合信号存在同步性的问题，导致以下两个问题：1、无法通过趋势曲线把相对应的红外图片调出来；2、实时分析的温度数据和录制后的温度数据不一致。2 动态红外测温系统技术针对传统红外测温系统的技术缺陷，本文应用的系统采用以下技术：在数据格式与数据处理方式上，所传输的为全数字动态红外数据流，通过无损压缩技术解析成标准的RJ45网络信号，以每秒25帧的采样频率同时传输每帧76800个有效像素点温度数据，并且能够做到同步的对红外图像实时显示、分析和存储。整个系统工作过程中只占到不到10%CPU资源。连续长时间工作的稳定性非常的好，通常在200小时以上。传输方式上，采用有线和无线的方式进行超远距离传输，跨越了时间和空间的概念，大大降低使用人员的劳动强度。在数据处理分析软件上，则能够瞬间调取几十个G甚至上百G的温度数据进行处理；软件采用人性化设计，操作方便，连接方式非常简单，大大的提高了数据处理的效率。存储则采用分文件和分字节的安全存储方式，即使在突然断电的情况下，也能完全保证文件实时保存，文件不受损害，甚至硬盘损坏的情况下，能够从好的扇区里提取出有用的温度数据进行分析。3 动态红外测温系统在变电站中的应用3.1 系统构成本系统分为监控现场(也即变电站部分)和监控中心(也即电力局监控中心部分)两个部分。在变电站部分是以红外数据服务器为中心的一套监控系统，红外数据服务器直接接入各个红外热像仪的全数字温度数据流信号，通过红外数据服务器的通讯接口（E1方式或以太网接口方式）直接接入到电力局中心。整个前端结构十分简单。在电力局监控中心，中心系统建立在现有的局域网上。在整个系统中只要增加一台中心服务器，通过电力局各个现有的计算机即可实现对各个变电站的监控。系统将各个变电站的现场监控信号（全数字红外热成像动态数据流）集中传输到局监控中心，在监控中心通过显示器可以直观地对各个变电站的现场进行巡视，其结构如图1所示。1# 2# 3# MIS网用户计算机 M#监 控 中 心 MIS交换机 某变电站移动式全数字红外热成像仪红外数据服务器图1 动态红外测温系统图3.2 系统功能简介本系统可实现如下功能：实现设备的监视功能：主要包括主变压器、断路器、电压互感器、电流互感器、高压室开关等。通过在监视对象处全数字红外热成像监控头装置，实现对一二次设备及其运行情况的温度监视，获取不同负荷下变电站的温度分布场数据。实现红外热成像报警功能：可自定义多逻辑报警方式。可设定划定区域温度上下限值，当监控温度达到或超过设定值后立即发出报警信号，并可通过网络传输给其他授权电脑。同时显示所有监控点的状态。任一变电站受控端报警时，自动连接监控中心传送报警信息。弹出报警信息窗。可见光与红外热像融合智能监视判断功能：可见光融合技术，配置可控云台。对整个变电站做有效的动态监控，可以极为迅速的通过“即点即现”的对目标进行监视，及时看到当前关注设备的位置和图像。迅速的判断出监测点的准确位置。实现海量数据的存储、管理及分析。对日常数据定期存储和突发事件的存储分析,并能实现所有温度点在不同负荷下的历史温度分析;远程启动计算机录像及回放,调取图像中的任意帧红外热图像进行打印和分析，将瞬间发生的事件完全可靠的记录下来,使日后的分析判断更为方便;可随意设置采样温度间隔及只记录异常或有目的的信号，与传统系统相比，大大的节约了记录空间。3.4 系统应用实例3.4.1 应用实例1对某500kV变电站的避雷器进行动态红外监控，如图2所示。图2 500kV避雷器红外监控图图3 B相S03、S04时间-温度曲线图4 A相S01、S02时间-温度曲线通过动态红外监测系统选取A相S01、S02，B相S03、S04区域，图2A相S03、S04曲线基本吻合，而图3A相S01、S02开始吻合是因为在白天无法分辨出，但到晚上红线(S01)开始偏离正常温度曲线，比蓝线(S02)高出0.4，从而可以很清楚地看出A相避雷器最上节存在早期性缺陷。3.4.2 应用实例2对某220kV主变进行动态红外监测，如图5所示。图5 220kV主变红外监控图图6 S01、S02时间-温度曲线通过动态红外监测系统发现某220kV主变出现局部过热故障，如图5，通过动态红外系统生成的图6：动态的时间-温度曲线，我们可以获取整个负荷周期S01、S02方框内全过程的温度数据（图6红色、蓝色曲线），通过相对温差判断法可以清楚地看出隐患设备和参照体的温度走势，可明确判断该变压器箱体过热是因涡流损耗过大所造成的，因为变压器在漏磁的情况下会产生涡流损耗，它能引起变压器箱体或部分连接螺杆发热，其热像特征是以漏磁穿过区域为中心，层次分明的不规则圆环。因该发热点未超过95，需继续重点跟踪观察。4 结束语从以上的分析可看出，本文提出的动态红外监控系统有如下特点：适用于TCP/IP网络、全数字输出的红外热像仪；可以每秒25Hz的速率，实时传输包含全部温度数据的红外图像，实现数据的无损实时压缩；同时数据传输具备很强的抗干扰能力；可以选装可见光双通道，可以实现外红图像与可见光图像融合显示；上述热像仪的抗电磁干扰能力强，封装标准达到IP54等级，适于在各种工业场合使用；具有配套的数据库软件，可以结合自行设定设备数据库和所需的分析和采集功能。可以多条件组合数据库的报警管理功能，可以进行热像的录像和回播分析；可扩展的OCX控件，以便于软件二次开发，可与电力系统现有的办公自动化系统相连接。参考文献1陈衡 侯善敬.电力设备故