非接觸式紅外測溫儀在變電站中的應(yīng)用

劉晶

（貴州電網(wǎng)公司安順供電局，貴州 貴陽 561000）

隨著電力工業(yè)向著大機組、大容量與高電壓供電的方向迅速發(fā)展，保證供電系統(tǒng)的安全運行和保障電力設(shè)備時刻處于穩(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?，F(xiàn)象的重要原因，因此，對電力設(shè)備的溫度進行密切監(jiān)測，是保障電力設(shè)備運行可靠的必備手段。變電站作為電力系統(tǒng)運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對其在線實時監(jiān)控具有重要的意義，熱像儀應(yīng)用的安全效益十分明顯。

1 什么是紅外成像測溫技術(shù)

1.1 紅外診斷技術(shù)

任何有一定溫度的物體，都會以電磁波的形式向外界輻射能量。輻射能量的大小與該物體熱力學溫度的四次方成正比。利用這個原理制成的紅外測溫儀，無需與物體接觸，屬于非接觸式測量。紅外測溫技術(shù)是利用紅外探測技術(shù)獲取設(shè)備輻射狀態(tài)的熱信息，轉(zhuǎn)換成溫度后進行顯示的技術(shù)，它能測量設(shè)備表面上某點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。設(shè)備的紅外輻射通過大氣傳輸?shù)郊t外測溫儀，測溫儀中的光學系統(tǒng)將設(shè)備輻射的能量匯聚到探測器上，探測器將接收的輻射能量轉(zhuǎn)換成為電信號，經(jīng)過信號處理后顯示出來。理論和實踐證明，運行中的高壓電氣設(shè)備運用紅外測溫方法比傳統(tǒng)接觸式測溫有利之處較多。

1.2 紅外熱成像技術(shù)

紅外熱成像技術(shù)是一種先進的在線檢測技術(shù)，可在設(shè)備不停電的情況下，檢測設(shè)備的運行狀況。通過對電氣設(shè)備表面溫度及其分布的測試、分析和判斷，準確地發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備運行中的異常和缺陷，從而使部分事故檢修轉(zhuǎn)為預(yù)見性檢修。應(yīng)用紅外測溫儀和熱成像儀等診斷技術(shù)可實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)時遠距離、不停電、不接觸、不取樣、不解體的情況下，檢測出設(shè)備故障引起的異常紅外輻射和溫度，有效的判斷設(shè)備存在的外部缺陷和內(nèi)部缺陷，從而實現(xiàn)故障隱患的提早發(fā)現(xiàn)并及時進行處理，是一種先進的監(jiān)測手段。

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)。熱點溫度直觀顯示，熱圖像清晰，能儲存和打??；（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。實時熱圖像能夠清晰顯示在屏幕上，為建立熱圖像數(shù)據(jù)庫提供了條件，實現(xiàn)了圖像采集、儲存、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)備如同用攝像機錄像，能夠快速的對大面積的設(shè)備進行檢測，能夠準確、直觀的發(fā)現(xiàn)與運行電壓、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。

紅外成像測溫技術(shù)應(yīng)用情況：變電站的設(shè)備（裝置）巡視是運行人員必須每天進行的一項重要工作，其手段方法一般為通過目測、耳聽和鼻嗅等來了解運行情況，其中有以目測為主。但目測的方法有著很大的局限性，對一些發(fā)展性的缺陷，特別是內(nèi)部缺陷，發(fā)熱到一定程度后才有可能被發(fā)現(xiàn)。因此，在變電站設(shè)備（裝置）的巡視中，利用紅外成像測溫技術(shù)就能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備（裝置）的缺陷，特別是對保證安全可靠供電起到了積極的作用。紅外成像儀在日常的巡視中，能很清晰地顯示設(shè)備（裝置）的溫度場，對發(fā)熱情況作很直觀的觀察，對同一設(shè)備（裝置）的不同點溫度的異常也能及時發(fā)現(xiàn)。具有穩(wěn)定、可靠、測溫迅速、分辨率高、直觀、不受電磁干擾以及信息采集、存儲、處理和分析方便等優(yōu)點，具有其它測溫儀不可替代的優(yōu)點。但紅外成像儀也存在重量大和價格貴等缺點，因此，紅外成像儀要作為運行人員日常巡視的必備工具還不現(xiàn)實，但季度查評、定期夜檢查或在特殊時期的檢查（如電網(wǎng)迎峰度夏或高峰負荷時）中使用，能收到相當明顯的效果。

2 遠程紅外測溫視頻監(jiān)控系統(tǒng)

遠程紅外測溫視頻監(jiān)控系統(tǒng)由攝像機、數(shù)字云臺、紅外測溫儀、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、交換機、網(wǎng)絡(luò)通道、監(jiān)控軟件及監(jiān)控終端等組成。本系統(tǒng)的最大特點是在普通的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中加入高精度的數(shù)字云臺和紅外測溫儀，組成了視頻、溫度遠程自動檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)將自動保存每次溫度巡檢的記錄，并可同時進行視頻錄像。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），就會通過監(jiān)控屏幕的閃爍和報警聲音提示。顯示、報警、預(yù)置、記錄查詢等都在監(jiān)控中心實現(xiàn)。這樣，既保證了測量的及時性，又減輕了人力、物力的消耗。

變電站紅外與視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以定時定點對變電站預(yù)置各測量點（每套前端采集裝置最多可以設(shè)置56個測量點）自動進行數(shù)次溫度和圖像掃描，通過網(wǎng)絡(luò)實時將各點溫度、圖像上傳并存儲于監(jiān)控主機，同時能夠在溫度越限后自動報警，提高了變電站變電設(shè)備（裝置）溫度、視頻監(jiān)測的智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化水平。

本系統(tǒng)最大特點是在普通的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中加入高精度的數(shù)字云臺和紅外測溫儀，組成了集視頻、溫度監(jiān)控于一體的遠程變電站自動監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)綜合運用了多媒體視頻技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)，實現(xiàn)了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、應(yīng)用的多媒體化以及管理的智能化。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)熱故障狀態(tài)檢測和診斷、設(shè)備檢測和監(jiān)控、漏熱檢測、測溫分析、溫度檢測、紅外無損探傷、溫度異常報警等方面功能，安裝該套系統(tǒng)將極大提高變電站安全運行能力，防患于未然，避免損失。該系統(tǒng)的使用與推廣，能夠?qū)崿F(xiàn)總公司、分公司、變電站根據(jù)權(quán)責對各變電站關(guān)鍵部件溫度、圖像進行網(wǎng)絡(luò)化安全監(jiān)測，達到減員增效目的。

在實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)綜合管理的過程中，各級電網(wǎng)調(diào)度中心都配置了不同檔次的遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)(遙視系統(tǒng))。實踐表明，遙視作為傳統(tǒng)四遙的補充，功能已經(jīng)實用化，并且達到了遠方巡視的預(yù)想目標。目前的圖像監(jiān)控系統(tǒng)大多作為一套獨立系統(tǒng)單獨運行。隨著電力系統(tǒng)自動化水平的提高，這種運行方式的缺陷也暴露出來。有關(guān)學者提出構(gòu)建遙視與能量管理系統(tǒng)(EMS)的協(xié)同系統(tǒng)、多媒體監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCA-DA)系統(tǒng)以及圖像監(jiān)控與SCADA系統(tǒng)的互聯(lián)系統(tǒng)等。但是，上述系統(tǒng)僅實現(xiàn)了遙視功能與傳統(tǒng)四遙功能的融合，提供的仍然是現(xiàn)場可見光圖像信息。設(shè)備的熱狀態(tài)是反映設(shè)備運行狀況的重要方面，如果在遙視系統(tǒng)中融入測溫功能，使集控站工作人員在遠程巡視的同時能夠得到感興趣的設(shè)備溫度，將為電力系統(tǒng)的安全運行提供更可靠的保障。

當前普遍使用的熱成像儀，定期的對供電設(shè)備（裝置）進行溫度巡回檢測，一是費時費力，并且不能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的隱患；二是成本高，一套熱成像儀至少是15~16萬元；三是受人為因素影響大，很容易漏測。針對以上情況研發(fā)的帶紅外測溫的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)能自動根據(jù)預(yù)定時間（檢測時間可以在監(jiān)控中心設(shè)置）完成對預(yù)置點（預(yù)置點為40個）的溫度巡測，并通過網(wǎng)絡(luò)將溫度和現(xiàn)場圖像實時傳到監(jiān)控中心。也可對預(yù)置點的溫度檢測設(shè)置高溫和低溫越限報警。

3 結(jié)論

紅外診斷技術(shù)是一項十分有效的新型設(shè)備故障診斷方法，促進非接觸式紅外測溫儀在變電站應(yīng)用很有意義。

[1]彭利軍.光學測溫技術(shù)中的物理原理[J].物理測試，2006-09-30.