電力設(shè)備紅外在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐 馬海峰王中明

王鵬橙 王昭濱 王鵬 曹玉蘭 江亞莉 蔣祝巍

【摘 要】電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的目的是采用有效的檢測(cè)手段和分析診斷技術(shù)，及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，保證設(shè)備的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。紅外在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)方面存在較大優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)不停電、非接觸、全天候的對(duì)電力設(shè)備展開(kāi)監(jiān)測(cè)。因此，本文對(duì)電力設(shè)備紅外在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)展開(kāi)探討研究。

【關(guān)鍵詞】電力設(shè)備；紅外技術(shù)；在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

電力設(shè)備在運(yùn)行中經(jīng)受電的、熱的、機(jī)械的負(fù)荷作用，以及自然環(huán)境（氣溫、氣壓、濕度以及污穢等）的影響，長(zhǎng)期工作會(huì)引起老化、疲勞、磨損，以致性能逐漸下降，可靠性逐漸降低。設(shè)備的絕緣材料在高電壓、高溫度的長(zhǎng)期作用下，成分、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，介質(zhì)損耗增大，絕緣性能下降，最終導(dǎo)致絕緣性能的破壞；工作在大氣中的絕緣子還受環(huán)境污穢的影響，表面絕緣性能下降，從而引起沿表面放電故障。設(shè)備的導(dǎo)電材料在長(zhǎng)期熱負(fù)荷作用下，會(huì)被氧化、腐蝕，使電阻、接觸電阻增大，或機(jī)械強(qiáng)度下降，逐漸喪失原有工作性能。這些變化（稱(chēng)為劣化）的過(guò)程一般是緩慢的漸變的過(guò)程。隨著設(shè)備運(yùn)行期增長(zhǎng)，性能逐漸下降，可靠性逐漸下降，設(shè)備故障率逐漸增大，可能危及系統(tǒng)的安全運(yùn)行，必須對(duì)這些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

電力設(shè)備紅外在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是利用紅外技術(shù)，將被測(cè)物體表面的紅外輻射轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)電力設(shè)備的效果。紅外在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有不停電、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，因在在電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)方向具有較大的優(yōu)勢(shì)。

1 系統(tǒng)需求性分析

電力設(shè)備紅外在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該滿(mǎn)足以下的基本功能：（1）根據(jù)熱故障監(jiān)測(cè)實(shí)際需要設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)采集紅外圖譜與之配套的可見(jiàn)光圖像，并自動(dòng)進(jìn)行歸檔，以便分析診斷；（2）根據(jù)實(shí)際需要靈活設(shè)置自動(dòng)巡航方案及巡航方案啟動(dòng)的時(shí)間及啟動(dòng)頻率，在巡航過(guò)程中，根據(jù)設(shè)置的自動(dòng)診斷規(guī)則，自動(dòng)分析診斷熱故障，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信或短信等方式發(fā)布報(bào)警信息，報(bào)警信息包括多區(qū)域（多相）之間溫差報(bào)警、多區(qū)域溫度報(bào)警、單區(qū)域溫度報(bào)警；（3）具有遠(yuǎn)程診斷分析管理的功能，如具有檢驗(yàn)報(bào)告管；（4）實(shí)現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)紅外圖庫(kù)數(shù)據(jù)共享，如故障設(shè)備紅外成像歷史圖庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)故障圖像信息庫(kù)、高壓設(shè)備紅外診斷分析知識(shí)庫(kù)等；（5）數(shù)據(jù)實(shí)行分布式存儲(chǔ)備份，圖片、視頻等紅外圖像資源網(wǎng)絡(luò)共享，專(zhuān)家知識(shí)網(wǎng)絡(luò)共享，網(wǎng)絡(luò)分層管理；（6）采用360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)、大俯仰角度數(shù)字云臺(tái)多點(diǎn)全方位監(jiān)測(cè)一次設(shè)備的狀態(tài)，做到360度無(wú)死角全方位監(jiān)測(cè)。

2 紅外在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

紅外測(cè)溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括光學(xué)系統(tǒng)、調(diào)制盤(pán)、熱釋電紅外探測(cè)器、信號(hào)處理電路、微控制器、顯示輸出電路及網(wǎng)絡(luò)傳輸電路等部分組成。輻射體發(fā)出的紅外輻射，進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)調(diào)制器把紅外輻射調(diào)制成交變輻射，由探測(cè)器轉(zhuǎn)變成為相應(yīng)的電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器和信號(hào)處理電路，并按照儀器內(nèi)的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值。

2.1.1微控制器

微控制器作為紅外測(cè)溫儀的核心處理部件，它關(guān)系到整個(gè)儀器的性能指標(biāo)，系統(tǒng)以ARM9為核心器件，系統(tǒng)上電后，首先加載相應(yīng)程序的ARM程序，并把紅外測(cè)溫模塊傳來(lái)的數(shù)據(jù)加以處理，送 LED 顯示屏顯示及進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。

2.1.2光學(xué)系統(tǒng)

光學(xué)系統(tǒng)能匯聚其視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，其主要由菲涅爾光學(xué)透鏡和濾光片組成，菲涅爾透鏡是利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測(cè)器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“高靈敏區(qū)”和“盲區(qū)”，當(dāng)被測(cè)物從透鏡前經(jīng)過(guò)時(shí)，發(fā)出的紅外線(xiàn)將交替不斷地從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而匯聚其視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量。

2.1.3紅外探測(cè)器

熱釋電紅外傳感器由傳感探測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器3部分組成，采用雙傳感探測(cè)元將兩個(gè)特性相同的熱釋電晶體逆向串聯(lián)，用來(lái)防止其他紅外光引起傳感器誤動(dòng)作，此外，當(dāng)環(huán)境溫度改變時(shí)，兩個(gè)晶體的參數(shù)會(huì)同時(shí)發(fā)生變化，從而相互抵消，避免出現(xiàn)檢測(cè)誤差，干涉濾光片能有效地讓人體輻射的紅外線(xiàn)通過(guò)，且能最大限度地阻止陽(yáng)光、燈光等可見(jiàn)光中的紅外線(xiàn)的通過(guò)，以免引起干擾，熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。

2.1.4調(diào)制盤(pán)

調(diào)制盤(pán)置于光學(xué)系統(tǒng)的焦平面上，把恒定的輻射通量變化成為交變的輻射通量，產(chǎn)生目標(biāo)所在空間位量的信號(hào)編碼，進(jìn)行空間濾波以抑制背景干擾，同時(shí)提高紅外系統(tǒng)的檢測(cè)性能。

2.1.5顯示部分

顯示部分由ICL7106（多位液晶顯示驅(qū)動(dòng)器）和EDS801（標(biāo)準(zhǔn)段式液晶顯示屏）及其他一些元器件組成，經(jīng)過(guò)測(cè)量電路處理過(guò)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)輸入端口進(jìn)入 A/D 轉(zhuǎn)換電路，ICL7106進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再與標(biāo)準(zhǔn)段的EDS801顯示屏顯示出被測(cè)物的溫度。

2.1.6系統(tǒng)電源

系統(tǒng)采用 12V直流電源供電，將220V交流電通過(guò)變壓器T降壓，全橋U整流，C濾波，為系統(tǒng)提供12V直流電壓。

2.2 故障判斷方法

電氣設(shè)備故障種類(lèi)繁多，但大部分故障都伴有發(fā)熱的現(xiàn)象，常見(jiàn)的熱故障的判斷方法有表面溫度判斷法、相對(duì)溫差判斷法、圖像特征判斷法、實(shí)時(shí)分析判斷法、檔案分析判斷法以及同類(lèi)比較判斷法；不同的電氣設(shè)備通常采用不同的判斷方法，如：斷路器故障通常是由于內(nèi)部載流回路接觸不良造成過(guò)熱故障，一般可以采用相對(duì)溫差法進(jìn)行故障診斷，相對(duì)溫差 ，其中， 環(huán)境溫度參照體的溫度， 正常相對(duì)應(yīng)點(diǎn)的溫度，為發(fā)熱點(diǎn)的溫度；計(jì)算出相對(duì)溫差值，根據(jù)設(shè)備類(lèi)型的不同，判斷出故障類(lèi)型。如在監(jiān)測(cè)SF6斷路器中，△%>95%為視同緊急缺陷，80%<△%<95%為重大缺陷，20%<△%<80% 為一般缺陷。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著電力負(fù)荷的日益增加，在設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，變電設(shè)備因老化或故障而發(fā)熱，而這些發(fā)熱部位的溫度通常難以監(jiān)測(cè)，容易導(dǎo)致各種事故的發(fā)生，紅外測(cè)溫技術(shù)以其特有的非接觸、實(shí)時(shí)快速、形象直觀、準(zhǔn)確度高及適用面廣等優(yōu)點(diǎn)，成為是變電站監(jiān)測(cè)設(shè)備早期缺陷的有效手段之一，利用系統(tǒng)的485總線(xiàn)可以將多個(gè)探頭的數(shù)據(jù)連接到控制室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)控，不僅可以減少勞動(dòng)強(qiáng)度，提高缺陷診斷率，而且可以隨時(shí)隨地診斷設(shè)備運(yùn)行情況，保證設(shè)備安全運(yùn)行，提高電力設(shè)備運(yùn)行可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王文華.紅外成像技術(shù)在晉城地區(qū)電力設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用[J].紅外，2015（6）121-123.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)鶴崗供電公司）