红外热像测温技术在电力系统中的应用

　　1.概述

　　随着电力工业向着大机组、大容量与高电压供电的方向迅速发展，保证供电系统的安全运行和保障电力设备时刻处于稳定良好的状态，成了电力管理的突出问题。由于电力设备的热效应是多种故障和异常现象的重要原因，因此对电力设备的温度进行实时在线温度监测，是保障电力设备运行可靠的必备手段。在供电网络发展极为迅速和网架结构日趋合理化的今天，国家对电力系统供电可靠性的要求越来越高。因此输电线路红外热像在线测温技术在电力系统中的应用显得尤为重要。

　　2.红外热像测温技术

　　红外热像测温技术是利用红外探测输电线路中各种电气设备表面辐射的不为人眼所见的红外线辐射状态的热信息，然后转换成温度进行显示的技术。是一种被动的、非接触式的检测手段。它能测量设备表面上某点周围确定面积的平均温度，以温度高低来判断其工作状态的正常与否。红外热像仪就是利用该技术制作而成的检测设备，目前已在输电线路在线测温、电力设备故障诊断领域得到广泛应用。其简单工作示意图如图1所示。

　　设备的红外辐射通过大气传输到红外热像仪，热像仪中的光学系统将设备辐射的能量汇聚到探测器上，探测器将入射的辐射转换成为电信号，经过信号处理后显示出来。

图1：热像仪简单工作示意图

　　红外热成像仪的功能及优势：(1)通过对设备表面温度分布的测量，可以分析设备内部热损耗部位和性质，从而判断该设备的健康状态。热点温度直观显示，热清晰，能储存和打印。(2)具有定性成像与定量测量的双重功能，并有较高空间分辨率和温度分辨率，能够辨别很小的温差。实时热能够清晰显示在屏幕上，为建立热数据库提供了条件，实现了采集、储存、分析于一体的功能。(3)用红外热成像仪检测设备，属于远距离非接触式的扫描巡检，可以保证人身设备的安全。(4)红外热成像仪检测设备，如同用摄像机录像，能够快速的对大面积的设备进行检测，能够准确、直观的发现与运行电压、电流有关的设备缺陷，还可对缺陷的性质、位置、程度做出定性、定量的判断。

　　3。红外热像测温技术的应用

　　输电线路的温度信息可以通过红外图像进行有效反映。红外热像是唯一一种可以将热信息瞬间可视化，并加以验证的诊断技术。红外热像仪可揭示热故障，并通过非接触温度测量加以定性分析，在专业的红外分析软件的帮助下，数秒内便可自动完成分析报告。

　　3.1红外热像测温技术在设备检测方面的应用

　　所有利用或者发射能量的设备在发生故障前都会产生发热现象。电力系统的设备巡视人员以前在巡视时一般通过目测、耳听和鼻嗅等来了解设备的运行情况，其中以目测为主，但目测的方法有着很大的局限性，对一些有发展性的缺陷，特别是设备内部缺陷，要到设备发热到一定程度后才能被发现，这样不但给设备缺陷的及时发现和处理造成延误，而且可能会对运行设备造成不同程度的损坏。而红外热像技术它能够在设备发生故障之前，快速、准确、安全地发现故障，并及时进行维修，避免输电线路因高温热故障造成断电掉电所带来的损失。

　　红外热像仪能够正确引导预防性维护专家对电气设备的运行情况进行准确判断。可以将测量温度值与历史温度进行比较，或者与相同时间同类设备的温度读数进行比较，以准确判断是否发生了显著的温升，是否会导致部件失效，带来生产隐患。主要用于电力预防性维护等用途。特别是用于输电线路预防性维护、检测方面，具有很大的优越性

　　红外热像仪的特点：(1)操作简单，设备温度巡视直观方便。运用菜单操作模式，人机界面友好，操作简单；还可通过通信口，将图像信息传输到计算机，利用计算机对温度图像进行后台处理。(2)以扫描方式探测设备温度，取代逐点测量模式，极大提高工作效率。红外热成像仪可同时测量扫描范围内所有设备的温度，并且可以通过设置，对扫描范围内超过允许温度值进行报警，利用此机对变电站进行巡视，一座变电站只需十几分钟到半个小时即可完成所有设备的温度初步测量。(3)通过扫描方式测温，使得对电力设备温度的重点测量转为全面测量成为可能。不仅设备接头部分可以全部测量，设备本身如变压器、断路器、瓷瓶等均可进行测量。(4)由于测温效率的提高，从而使设备测温频率提高，设备温度情况掌握更为及时。实现了巡视设备的同时测量设备温度，使得设备温度测量频率与设备巡视频率实现了同步，设备温度情况掌握及时性大为提高。(5)通过温度图像，使设备故障分析成为可能。测量的设备温度图像，由于其温度信息丰富，可以观测到设备各点的温度分布。通过温度分布信息，可以探测设备内部故障，实现设备故障分析。

　　3.2 红外热像测温技术在温度在线监测方面的应用

　　输电线路红外热像在线测温系统运用先进的红外热像技术，对输电线路运行温度进行状态在线监测；利用已有的GPRS无线通信网络实现热像图数据的传输，具有覆盖面广，无需增加传输设备和线路的特点，特别适用于无法架设线路的偏远地域的输电线路场合。系统图像采集与传输终端由红外热像图采集模块、图像数据压缩模块、GPRS网络通信模块、图像数据传输模块和太阳能供电装置等组成，其中图像数据压缩模块采用JPEG硬件压缩编码技术，对静态图像进行压缩编码，最大限度地减少了网络传输的数据量，节省了网络资源，提高了图片的传输速度。为了解决设计中的高速率图像采集、压缩控制与数据传输速度相对较慢带来的变速率采样问题，系统硬件结构采用微控制器加可编程逻辑控制芯片(MCU+CPLD)的方案，各项子功能由标准通用模块完成，降低了系统复杂度，提高了系统整体性能，用户可以利用PC机通过Internet上实现热像图的远端采集与现场监控。

　　3.2.1 在线温度监控系统的结构

　　整个监控系统主要分为两个部分：图像采集与传输终端(前端)；监控中心计算机数据服务器(中心端)。在系统构成上可分为上位机(监控中心计算机数据服务器)和下位机(图像采集与传输终端)两大部分。计算机数据服务器负责对图像采集与传输终端进行管理和控制，处于管理层次的上层，因此称为上位机。图像采集与传输终端处在数据中心的控制下，负责对数据进行采集和传输，处于管理层次的下层，因此称为下位机。系统结构如图2所示。

图2系统结构图

　　图像采集与传输终端包括以图像采集芯片处理器为核心的图像采集与JPEG压缩部分和GPRS网络传输部分以及红外报警部分。图像采集部分由视频A／D芯片实现模拟图像的数字化转换，使用专用芯片实现JPEG图像压缩编码。GPRS无线网络传输部分由专用GPRS模块实现网络传输功能，它与图像采集部分的接口是通用异步串行接口(UART)。红外报警部分实现输电线路温度出现异常状况的报警功能。下位机主要实现输电线路现场原始图像的采集和压缩以及压缩图像数据的GPRS无线信道传输，这些功能都由相应的软件支持系统实现。

　　服务器包括硬件和软件，硬件为具有公网IP地址的计算机，软件即为服务器程序，由服务器程序实现GPRS网络传输模块和中心间的命令传递和数据传输。监控中心计算机数据服务器也包括硬件和软件部分。硬件为一台能接入Internet的计算机，软件为监控程序，电脑的网络状态为公网、动态IP。在这里特别指出，因为监控中心端满足服务器的网络要求，所以该系统将服务器和监控中心端放到一台计算机上，以节约硬件和网络资源。上位机主要实现压缩图像数据的接收及解码和接收图像数据的数据库保存和处理。

　　3.2.2 在线温度监控系统的特点

　　(1)非接触式测温，温度测量信号既可以连续的，也可以是间断的，具有就地温度显示功能，同时诅度测量信号可转换成标准电信号实现远传。

　　(2)温度响应时间比接触式温度测量快，温度测量数据准确、精度等级高、稳定可靠。

　　(3)温度测量系统操作灵活、简单、快捷、方便、安全可靠，系统免维护。

　　(4)测温系统抗干扰能力强，在噪声大、电磁干扰大、震动大、粉尘大的环境下仍能正常工作。

　　(5)无线传输性能稳定，能克服现场的恶劣环境，将温度测量信号时实、准确的传输到控制室。

　　(6)温度测量计算机系统实时显示温度测量信号，可以随时读取和以多种形式进行存储，另外温度测量信号可以上传到ERP管理网。

　　（7）本系统实现了远程自动检测控制系统。系统将自动保存每次温度巡检的记录，并可同时进行视频录像。一旦系统检测到温度异常(即超出高低温度区间设置)就会通过监控屏幕的闪烁和报警声音提示监控工作人员有异常产生。显示、报警、预置、记录查询等都在监控中心实现。这样，即保证了测量的及时性，又减轻了人力、物力的消耗。

　　4.结论

　　红外热成像技术是一项十分有效的新型设备故障检测、温度在线测量技术，能够正确引导预防性维护专家对电气设备的运行情况进行准确判断，提高了设备运行管理水平，保证了电网安全优质供电，更好地实现变电站无人值守，对促进非接触式红外热像仪在电力系统中的应用具有重要的意义

　　[作者简介]牟爱霞，山东工业职业学院教师。主要从事自动化检测，智能传感器应用等方向的研究和教学工作。山东省淄博市高新技术开发区69号山东工业职业学院建筑与信息工程系，邮编256414。