電力設(shè)備紅外測溫系統(tǒng)的研究與應(yīng)用
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【中圖分類號】TM835.4
1、系統(tǒng)原理
帶電設(shè)備的紅外診斷技術(shù)利用帶電設(shè)備的致熱效應(yīng)，采用專用儀器獲取從設(shè)備表面發(fā)出的紅外輻射信息，進(jìn)而判斷設(shè)備狀況和缺陷性質(zhì)的一門綜合技術(shù)。紅外檢測技術(shù)具有不需停電、遠(yuǎn)距離、準(zhǔn)確高效等優(yōu)點，克服了定期計劃檢修的盲目性，具有很高的安全性和經(jīng)濟(jì)價值。
隨著用電需求的日益增長，變電設(shè)備的負(fù)荷不斷增高，設(shè)備熱缺陷引起的故障及事故也不斷涌現(xiàn)。為了及時有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備的熱缺陷，紅外熱成像技術(shù)對電氣設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢測技術(shù)發(fā)揮了非常重要的作用。
2、技術(shù)特點
（1）高壓隔離
實現(xiàn)高壓設(shè)備在線監(jiān)測，首先要解決高壓隔離問題。一般來說，解決這個問題有兩個途徑：一是通過空間隔離，另一是通過光纖隔離。空間隔離，信號可由光傳送或無線電傳送，本文采用紅外光線進(jìn)行信號傳送，它具有隔離徹底、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強(qiáng)、工作可靠等特點。而通過光纖隔離存在著沿面放電問題，需要有較長的沿面爬電距離。
（2）抗干擾措施
高壓開關(guān)柜運行在高電壓、大電流的狀態(tài)，系統(tǒng)事故瞬間還出現(xiàn)強(qiáng)烈的電磁暫態(tài)過程，這些都產(chǎn)生強(qiáng)電場、磁場及強(qiáng)電磁干擾，這對于微電子系統(tǒng)及微弱信號處理非常不利。為消除這些干擾，同時采用軟、硬件抗干擾措施，在軟件設(shè)計上應(yīng)用數(shù)字編碼、解碼技術(shù)，剔除干擾信號，并使用了軟件濾波技術(shù)；在硬件上采用金屬屏蔽，加強(qiáng)各級濾波消除高頻干擾。檢測器與測溫點處于同一電位，減少電場的影響。另外為消除隨機(jī)干擾，利用觸頭溫度變化相對緩慢的特點，對檢測點信號反復(fù)接收，多次采集，排除異常數(shù)據(jù)以保證數(shù)據(jù)可靠，通過以上綜合措施，整機(jī)有了較好的抗干擾能力，測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。
（3）供電方式
為消除強(qiáng)電場的影響，溫度檢測器與測溫點處同一高電位，檢測器工作電源不能從外部供給，只能由內(nèi)部產(chǎn)生，為此，在主回路上安裝一電流互感器作為電源。但由于電氣設(shè)備工作電流變化很大，一般可達(dá)十幾倍，為保證感應(yīng)線圈能提供較為穩(wěn)定的電源，利用鐵芯磁飽和原理，適當(dāng)選擇鐵芯截面，小電流時鐵芯正常勵磁，大電流時鐵芯飽和，從而提供了變化幅度較小的電源，再通過電子穩(wěn)壓裝置，向檢測器提供穩(wěn)定可靠的電源。
（4）熱穩(wěn)定性問題
紅外測溫裝置一般安裝在室外，環(huán)境溫度變化幅度較大上，這就要求檢測器有良好的熱穩(wěn)定性。檢測器隨可遠(yuǎn)離設(shè)備高溫區(qū)，安裝在導(dǎo)電回路溫度較低處（一般可在80℃以下），從而降低了檢測器耐高溫的要求。與此同時選用熱穩(wěn)定性較好的元器件，并在模擬信號通道上合理設(shè)置溫度補償，使系統(tǒng)達(dá)到較高的熱穩(wěn)定性。
3、影響因素
>測溫環(huán)境
*光線對測量結(jié)果有較大影響，要消除太陽光以及燈光的影響，所以現(xiàn)在測溫時間一般選擇在夜間熄燈巡視期間。
*雷、雨、霧、雪及大風(fēng)的天氣里也不適宜進(jìn)行測溫。
*不同環(huán)境溫度時（尤其是冬天和夏天）測溫結(jié)果會有很大的不同，因此在同一時間段里應(yīng)盡量選擇氣溫較恒定的日子進(jìn)行測溫。
>測溫人員
不同的測溫人員紅外基礎(chǔ)知識和儀器的使用等掌握程度不同將影響檢測結(jié)果。而每個人的測溫習(xí)慣不～樣，所選取的設(shè)備部位以及測量距離都有所不同，在電氣設(shè)備運行狀態(tài)管理中，經(jīng)常需要把同組設(shè)備相同部位在不同時期檢測的結(jié)果進(jìn)行比較，以便掌握設(shè)備運行狀況及故障隱患的發(fā)展變化情況。所以，檢測時應(yīng)盡可能保障位置固定、高度相同、和攝像角度一樣，這樣才可保證不同時期的檢測結(jié)果具有可比性，應(yīng)盡量安排固定人員測量固定的設(shè)備。
>被測設(shè)備
電氣設(shè)備在不同負(fù)荷的運行條件下發(fā)熱量也是不同的，被測設(shè)備是否在額定電壓和額定負(fù)荷下運行及運行時間的長短都將影響檢測結(jié)果。
>檢測周期
紅外測溫的周期包括周期普測和特巡點測兩類。周期普測是指有計劃、有組織和全面性的紅外檢測。特巡點測是對普查中分離出的異常部位，開展監(jiān)測，直到消除隱患，檢驗合格。
4、總結(jié)及展望
隨著紅外成像設(shè)備應(yīng)用的普及推廣，其對電力設(shè)備故障查找發(fā)揮了較大的作用。紅外成像設(shè)備不僅可以找出發(fā)熱部位，還可測出發(fā)熱點的溫度數(shù)據(jù)，而且圖像直觀，數(shù)據(jù)可靠。但并非所有發(fā)熱的部位都為故障，因為許多部件在設(shè)計制造時就考慮到發(fā)熱問題，如發(fā)電機(jī)、變壓器、隔離開關(guān)、斷路器等設(shè)備的有些部件在工作時會發(fā)熱，而且允許有一定的溫升范圍。
本系統(tǒng)具有紅外測溫功能的遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控功能，實現(xiàn)了對電氣設(shè)備的可見光圖像和熱狀態(tài)信息的遠(yuǎn)程、實時、在線監(jiān)測，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和工程實際應(yīng)用價值。在該系統(tǒng)中，監(jiān)視人員可以根據(jù)激光瞄準(zhǔn)發(fā)射出的顯示在圖像監(jiān)控畫面上的光斑，準(zhǔn)備地定位被測設(shè)備，并對其進(jìn)行遠(yuǎn)程紅外溫度測量；圖像存儲功能可將被測設(shè)備的圖像信息和溫度信息進(jìn)行存儲，為故障分析和故障診斷提供直觀而可靠的歷史數(shù)據(jù)：還可將感興趣的溫度測量結(jié)果以曲線的形式直觀地表現(xiàn)出來，既提高了故障檢測的效率，又減少了紅外檢測的工作量。此外，根據(jù)紅外基本理論，構(gòu)建符合系統(tǒng)要求的測溫模型，通過仿真計算，詳盡分析了影響測溫精度的主要因素。通過大量的溫度測量實驗，可完善了紅外測溫模型和紅外測溫儀的性能參數(shù)。
展望雖然紅外成像系統(tǒng)在電力設(shè)備方面取得很大的應(yīng)用，仍需進(jìn)一步的開發(fā)空間和大量的完善工作。有下列工作需要完成：
（1）紅外監(jiān)控應(yīng)用于電力系統(tǒng)還存在一定的局限性，最主要的是對于油箱內(nèi)的故障幾乎不能快速反應(yīng)，只能通過設(shè)備表面的溫度異常間接判斷，因此紅外測溫儀對于內(nèi)部故障的診斷，對故障原因及機(jī)理的判斷尚有待于加強(qiáng)。
（2）采用NIPCI系列數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集卡和紅外測溫儀，在本系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)高精度的監(jiān)測系統(tǒng)。
（3）紅外視頻一體機(jī)的云臺控制與視頻、紅外的坐標(biāo)關(guān)聯(lián)尚需改進(jìn)，以達(dá)到所見即所得的目的，使監(jiān)控更加直觀。監(jiān)控系統(tǒng)的紅外數(shù)據(jù)與視頻信號的融合尚待改進(jìn)，雖然本系統(tǒng)實現(xiàn)了視頻信號和紅外溫度信號的切換，但是仍然不夠直觀，界面操作也有一些繁瑣。軟件的實用性有待于進(jìn)一步提高。
（4）系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)一步適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化的需要，增強(qiáng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制功能。隨著網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)一步深入，監(jiān)控系統(tǒng)于網(wǎng)絡(luò)的融合必將是今后發(fā)展的方向。
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