基于紅外熱成像技術(shù)的變電站電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測

[關(guān)鍵詞]紅外熱成像技術(shù)；變電站；電氣設(shè)備；設(shè)備運(yùn)行；溫度監(jiān)測；識別監(jiān)測

引言

變電站電氣設(shè)備的運(yùn)行一般是存在較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性的，且運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)及覆蓋范圍直接影響日常的電力供應(yīng)與調(diào)度效果。因此，需要設(shè)定對應(yīng)的電氣設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測裝置，便于數(shù)據(jù)和信息的采集，匯總，并對管控的方案做出調(diào)整。其中，溫度監(jiān)測是關(guān)鍵且重要的一個環(huán)節(jié)。通常情況下，電氣設(shè)備多采用封閉式的內(nèi)置結(jié)構(gòu)，散熱效果較差，運(yùn)行時(shí)間過長后，熱積累也會增加，促使設(shè)備長期處于高電壓、大電流，甚至滿負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，無形中增加了設(shè)備的運(yùn)行壓力，危害電氣設(shè)備的電氣絕緣防護(hù)結(jié)構(gòu)。為緩解這一問題，部分變電站設(shè)計(jì)了針對電氣設(shè)備運(yùn)行的溫度監(jiān)測裝置，分周期對設(shè)備的溫度測定記錄，一段時(shí)間之內(nèi)獲得了良好的應(yīng)用效果。但是傳統(tǒng)的變電站電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測多為單結(jié)構(gòu)，參考文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]，設(shè)定傳統(tǒng)局部不變特征變電站電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測方法、傳統(tǒng)變權(quán)重組合變電站電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測方法，以上溫度監(jiān)測方式雖然能夠?qū)崿F(xiàn)溫度監(jiān)測目標(biāo)及任務(wù)，但是缺乏針對性與穩(wěn)定性，再加上外部環(huán)境及特定因素的影響，導(dǎo)致最終得出的測試結(jié)果出現(xiàn)較大誤差，影響日常的工作效率，為此提出對基于紅外熱成像技術(shù)的變電站電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測方法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證分析。所謂紅外熱成像技術(shù)，主要指的是運(yùn)用光電技術(shù)來檢測物體熱輻射的紅外線特定波段信號，所獲取的信號能夠?yàn)槿祟惖囊曈X分辨提供轉(zhuǎn)換后的圖像以及圖形，進(jìn)而達(dá)到計(jì)算溫度值的目的。將該項(xiàng)技術(shù)與變電站電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測工作進(jìn)行融合，一定程度上可以進(jìn)一步擴(kuò)大當(dāng)前的溫度監(jiān)測范圍，逐步形成更加靈活、多變的監(jiān)測結(jié)構(gòu)，面對復(fù)雜的背景環(huán)境，強(qiáng)化監(jiān)測效果，為后續(xù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與完善提供參考依據(jù)。

一、設(shè)計(jì)變電站電氣設(shè)備運(yùn)行紅外熱成像溫度監(jiān)測方法

（一）數(shù)據(jù)重構(gòu)及圖像分割處理

電氣設(shè)備在日常的運(yùn)行過程中會形成大量的數(shù)據(jù)，尤其是溫度數(shù)據(jù)信息，波動效率較大，針對性也相對較強(qiáng)，對于后續(xù)的監(jiān)測處理具有重要的作用。結(jié)合實(shí)際的監(jiān)測需求，進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)及圖像分割處理。首先，在初始的監(jiān)測程序中設(shè)置傳感器元件，將光脈沖發(fā)射到光纖環(huán)境之中，逐漸形成反向散射拉曼光譜。此時(shí)，RDTS系統(tǒng)會生成一維實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)以及信息，一定程度上也是電氣設(shè)備的溫度變動軌跡。

綜合紅外熱成像技術(shù)以及信號處理技術(shù)，設(shè)計(jì)一個數(shù)據(jù)重構(gòu)程序，將所屬的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化、篩選、分類等，按照順序進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，以待后續(xù)的監(jiān)測使用。接下來，通過紅外熱成像技術(shù)，對所采集的圖像進(jìn)行分割處理。在溫度圖像上找到一個標(biāo)準(zhǔn)的熱成像點(diǎn)，同時(shí)標(biāo)定出像素值中突然不連續(xù)處，測定計(jì)算出邊緣值，具體如下公式1所示：

公式1中：L表示圖像分割邊緣值，β表示覆蓋范圍，手表示定向溫度監(jiān)測單元距離，χ1、χ2分別表示轉(zhuǎn)換監(jiān)測區(qū)域和實(shí)測監(jiān)測區(qū)域，K表示分割強(qiáng)度，λ表示環(huán)境溫度。將得出的圖像分割邊緣值設(shè)置限值基準(zhǔn)值，形成一個穩(wěn)定的溫度監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，完成基礎(chǔ)監(jiān)測環(huán)境的設(shè)置。

（二）設(shè)計(jì)溫度校正程序及多層級紅外熱成像監(jiān)測模型

溫度校正主要針對電氣設(shè)備在運(yùn)行時(shí)溫度的波動以及變化設(shè)計(jì)的程序，具有一定的針對性。所以，將RDTS熱點(diǎn)設(shè)備接入校正程序之中，設(shè)置允許出現(xiàn)的最大偏差，隨即，通過RDTS設(shè)備來獲得溫度波動曲線，測定出當(dāng)前的監(jiān)測溫度偏差，如下圖1所示：

根據(jù)圖1，完成對溫度校正偏差變動情況的分析，接下來，綜合當(dāng)前的校正結(jié)果，結(jié)合紅外熱成像技術(shù)，構(gòu)建多層級的設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測模型結(jié)構(gòu)，如下圖2所示：

根據(jù)圖2，完成對多層級設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測模型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析，可以按照電氣設(shè)備的運(yùn)行特征，設(shè)計(jì)多個溫度監(jiān)測目標(biāo)，依照順序?qū)肫渲?。設(shè)置溫度的監(jiān)測周期，每一個周期都需要對設(shè)備的運(yùn)行溫度進(jìn)行記錄，形成完整的溫度監(jiān)測記錄方案，在模型中備檔之后，作為歷史數(shù)據(jù)供參考。此外，溫度數(shù)據(jù)以及信息的采集，也可以為后續(xù)電氣設(shè)備的異常維護(hù)提供理論借鑒，縮短維護(hù)效率，降低溫度監(jiān)測誤差。

（三）異常區(qū)域自適應(yīng)標(biāo)定實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測處理

完成對溫度校正程序設(shè)計(jì)及紅外熱成像溫度監(jiān)測模型構(gòu)建之后，接下來，采用異常區(qū)域自適應(yīng)標(biāo)定的方式來實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測處理。首先，電氣設(shè)備在運(yùn)行的過程中一旦出現(xiàn)異常，結(jié)合紅外熱成像技術(shù)，對異常區(qū)域作出標(biāo)定，通過改進(jìn)熱力平均溫差法獲取異常區(qū)域的圖像，利用設(shè)備進(jìn)行溫度監(jiān)測，計(jì)算出當(dāng)前的平均溫差，具體如下公式2所示：

Q=v2+ρ（1-V）（2）

公式2中：Q表示平均溫差，v表示溫度極限差值，ρ表示轉(zhuǎn)換比，V表示監(jiān)測耗時(shí)。結(jié)合當(dāng)前的測試需求，將得出的平均溫差作為異常區(qū)域自適應(yīng)標(biāo)定的限制基準(zhǔn)條件。每一個設(shè)備異常區(qū)域的溫差都是不同的，所以結(jié)合紅外熱成像技術(shù)調(diào)整當(dāng)前的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，增加溫度監(jiān)測的靈敏度，同時(shí)最大程度消除存在的監(jiān)測誤差，確保對變電站溫度監(jiān)測的穩(wěn)定性與可靠性，保證電力設(shè)備的正常運(yùn)行。

二、方法測試

對基于紅外熱成像技術(shù)的變電站電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測方法進(jìn)行測試以及驗(yàn)證分析，考慮到最終測試結(jié)果的真實(shí)性與可靠性，采用對比的方式展開研究，選定G變電站作為測試的主要目標(biāo)對象，采用對比的方式展開分析，參考文獻(xiàn)[1]和[2]設(shè)定傳統(tǒng)局部不變特征變電站電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測小組、傳統(tǒng)變權(quán)重組合變電站電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測小組以及此次所設(shè)計(jì)的紅外熱成像變電站電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測小組。根據(jù)實(shí)際的溫度監(jiān)測需求及標(biāo)準(zhǔn)的變化，對最終得出的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行比照研究，并進(jìn)行測試環(huán)境的搭建。

（一）測試準(zhǔn)備

結(jié)合紅外熱成像技術(shù)，對變電站電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測方法的測試環(huán)境進(jìn)行搭建和分析。首先，需要明確當(dāng)前的溫度監(jiān)測范圍以及電氣設(shè)備?？梢栽诋?dāng)前的變電站中隨機(jī)選定5臺電氣設(shè)備作為測試的主要對象，進(jìn)行多方向標(biāo)定處理，構(gòu)建一個穩(wěn)定的溫度識別程序，便于對溫度的管控。

隨即，以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，節(jié)點(diǎn)之間互相關(guān)聯(lián)與搭接，形成全覆蓋式的溫度監(jiān)測網(wǎng)。結(jié)合紅外熱成像技術(shù)，設(shè)置初始的溫度監(jiān)測指標(biāo)及測試參數(shù)，具體如下表1所示：

根據(jù)表1，完成對初始溫度監(jiān)測指標(biāo)及測試參數(shù)的設(shè)置。接下來，還需要在總監(jiān)測裝置中設(shè)定一個RTDS設(shè)備，時(shí)刻對當(dāng)前的溫度進(jìn)行標(biāo)定與整合，便于后期對電氣設(shè)備的控制以及研究。

（二）測試過程及結(jié)果分析

在上述搭建的測試環(huán)境之中，結(jié)合紅外熱成像技術(shù)，對變電站電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測方法進(jìn)行測試與研究。先進(jìn)行初始溫度的校正處理，調(diào)整RDTS熱點(diǎn)設(shè)備的空間分辨率，控制在89.55% -92.35%之間為最佳。設(shè)置電氣設(shè)備的工作運(yùn)行時(shí)間，分別控制在2h、4h、6h、12h四個部分，過程中結(jié)合紅外熱成像技術(shù)，對溫度的變化情況進(jìn)行研究。具體如下圖3所示：

結(jié)合圖3，完成對電氣設(shè)備溫度監(jiān)測熱成像的分析與研究，接下來，綜合紅外熱成像技術(shù)，對選定5臺電氣設(shè)備的溫度進(jìn)行監(jiān)測與分析。采用周期監(jiān)測的方式進(jìn)行測定，每24h為一個周期，共需要設(shè)置10個周期，每個周期均需要對電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及溫度波動做出記錄，然后，計(jì)算出溫度監(jiān)測校正偏差的計(jì)算，如下公式3所示：

G表示溫度監(jiān)測校正偏差，γ表示定向監(jiān)測單元值，t表示監(jiān)測頻次，R表示轉(zhuǎn)換比，μ表示校正基準(zhǔn)值，y表示溫度波動比，s表示紅外識別率。結(jié)合當(dāng)前得出的測試結(jié)果，進(jìn)行比對分析，如下圖4所示：

根據(jù)圖4，完成對測試結(jié)果的分析：對比于傳統(tǒng)局部不變特征變電站電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測小組、傳統(tǒng)變權(quán)重組合變電站電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測小組，此次所設(shè)計(jì)的紅外熱成像變電站電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測小組最終得出的溫度監(jiān)測校正偏差被較好地控制在0.45%以下，說明在紅外熱成像技術(shù)的輔助和支持下，當(dāng)前溫度監(jiān)測的范圍以及速度增加，精準(zhǔn)度提升，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

結(jié)語

總而言之，以上便是對基于紅外熱成像技術(shù)的變電站電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測方法的設(shè)計(jì)與分析。電氣設(shè)備運(yùn)行溫度的控制以及監(jiān)測相對較為復(fù)雜且繁瑣，此次結(jié)合紅外熱成像技術(shù)，采用投射校準(zhǔn)的方式，分周期、分階段來獲得變電站設(shè)備的紅外圖像，以轉(zhuǎn)換的形式可以進(jìn)一步消除拍攝角度變動所形成的定向偏差和消極影響。不僅如此，局部不變特征算法與紅外熱成像處理，還可以更快、更及時(shí)地提取電氣設(shè)備的圖像溫度區(qū)域數(shù)據(jù)以及信息，進(jìn)而解析溫度波動的限制條件，同時(shí)也需要對電氣設(shè)備的異常圖像進(jìn)行校驗(yàn)，提升溫度監(jiān)測的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，推動溫度監(jiān)測技術(shù)邁入一個新的發(fā)展臺階。