變電站實時測溫技術實踐應用研究

陳 浩

（濟南供電公司，山東 濟南 250022）

0 引言

變電運行人員主要負責變電站的倒閘操作、事故處理和日常巡視工作，紅外測溫工作是其一項重要的日常工作。按照變電站管理規定，變電運行人員需要對變電站的設備定期進行測溫，以便及時發現設備運行隱患。目前操作隊使用的測溫設備主要是紅外點式測溫儀和熱成像儀。點溫儀只能對設備某一點進行測溫，使用時需要用其對準設備測溫點位。點溫儀的缺點一是白天光線較亮很難看清激光點，因此點溫儀只適合夜晚測溫，但是若把測溫工作都放到晚上會影響操作隊人員休息，增加勞動強度。點溫儀另一缺點是需要找準測溫點，設備接頭眾多，一個一個尋找測溫點工作量大，測溫工作耗時長、效率低。熱成像儀克服了點溫儀的上述缺點，因為其對著物體能夠按照紅外線成像，具有成片、成區域掃描的特點，測溫效率極大提高，但是仍然需要人工手持熱成像儀進行測溫，無法使人員從測溫工作中解放出來。隨著變電站的增加，測溫的工作量增長較明顯，在夏季高溫負荷時，發熱的設備增多，要求測溫次數也會增加很多，造成人員緊張。如何運用現有的設備技術條件，開發出一套能夠根據需要進行自動測溫的系統，使人員從繁重的測溫工作中解放出來，去從事其它更加重要的運行工作，是值得進行研究的問題。

1 研究意義

更好地提高變電站的運行可靠性，全天候的對設備進行圖像和紅外測溫監控，并能主動發現問題并產生相應報警動作，減少突發事件，實現真正意義的無人值守。

提高工作效率，提高診斷設備缺陷的技術水平，降低設備停電的次數和時間，確保設備的安全、高效運行，同時減少操作人員和值班人員的工作強度。

通過在線紅外監控系統的整合，實現對設備發熱問題的很好預防和解決，從而及時有效地控制相應事故的發生，提高對設備健康狀態的監控，并且可以延長原有工作人員進行定期測溫巡視的周期。

全面提升無人值守變電站遙視系統的巡視模式，促進整體管理水平的提高，增強應急指揮能力。

2 變電站測溫要求

《變電站管理規范》規定，設備測溫類型分計劃普測和重點測溫。

計劃普測：帶電設備每年應安排兩次計劃普測，一般在預試和檢修開始前應安排一次紅外檢測，以指導預試和檢修工作。

重點測溫：根據運行方式和設備變化安排測溫時間，按以下原則掌握：1）長期大負荷的設備應增加測溫次數。2）設備負荷有明顯增大時，根據需要安排測溫。3）設備存在異常情況，需要進一步分析鑒定。4）上級有明確要求時，如保電等。5）新建、改擴建的電氣設備在其帶負荷后應進行一次測溫，大修或試驗后的設備必要時。6）遇有較大范圍設備停電（如變壓器、母線停電等），酌情安排對將要停電設備進行測溫。

一般操作隊對變電站設備每月進行一次測溫。濟南供電公司變電工區目前的變電站數量是66座，全部測溫一遍，工作量很大，而且特殊情況下還要增加測溫次數。現在變電站實行的是無人值守的方式，進行測溫需要使用一定的人員、車輛，使操作隊無法騰出更多的人員、車輛從事其它運行工作。隨著變電站的增多，各種基建、檢修、擴建工作繁多，停送電任務繁重，如果能夠降低測溫工作量，可以使操作隊將主要精力用在安全操作方面，對安全生產也是一個保障。

3 系統目標

開發變電站實時測溫系統的目的，主要是實現設備測溫工作的自動化，減少一線員工工作量，提高供電可靠性。綜合測溫工作的各種需求，考慮現在的技術條件，確定本次實施的變電站測溫系統需要實現以下目標：

1）實現主動地在線實時發現設備過熱的問題。在設備溫度超過安全范圍時，系統產生報警，自動的對準事故發生現場，并聯動視頻進行錄像等報警聯動功能。

2）系統同時提供設備的歷史溫度數據和相間溫度對比等一系列查詢和分析功能，為設備過熱時的分析和判斷提供強有力的技術支持。

3）更好地提高變電站的運行可靠性，全天候的對設備進行圖像和紅外測溫監控，并能主動發現問題并產生相應報警動作，減少突發事件，實現真正意義的無人值守。

4 在線式測溫系統的實施

4.1 系統構成

在線測溫系統主要由前端設備、網絡系統和服務器組組成，如圖1所示。前端設備包括紅外測溫儀、可見光攝像機、高精度數字云臺以及部分傳感器和 DVR（Digital Video Recorder，硬盤錄像機）組成。模擬視頻線和控制線和前端DVR相連。紅外測溫儀和DVR通過網絡和服務器組相連，將視頻信號和溫度數據上傳到服務器。用戶可以在任意地點通過網絡與服務器連接，利用客戶端軟件查看視頻圖像、前方設備的溫度，并可對歷史溫度數據進行查詢分析。

4.2 前端設備

紅外測溫儀。主要作用是測定被測點的溫度。具體來說是處理紅外測溫儀取到的被測點溫度信號對應的微弱電信號，將其放大、輸出成為適合采集的電信號，通過現場總線將所測到的溫度及其變化情況傳輸到視頻服務器。

可見光攝像機。彩色攝像機選用原裝進口攝像機，鏡頭倍數高，圖像清晰，具有逆光補償功能。攝像機具有晝夜連續工作能力，室外攝像機具有全天候工作能力。

圖1 在線測溫系統構成

高精度數字云臺。通過精確定位測溫預制點的信息，達到精確測量溫度的目的。

4.3 網絡系統

網絡系統是前端系統與控制中心連接的橋梁，也是紅外設備將溫度信息上傳到控制中心的通道，因此網絡系統配置的優化對整個系統的順利運行起著至關重要的作用。紅外熱像在傳輸過程中，為避免溫度數據失真，不能進行壓縮傳輸，需要較寬的網絡帶寬和良好的網絡性能。因此，系統的傳輸方式最好采用光纖組網。

4.4 服務器組

主動式紅外遙視系統的核心是由服務器組組成的各種服務，服務器組具有數據交換和業務管理的功能，即對全網的設備和業務統一管理，同時對傳送過來的圖像進行轉發、分發或存儲，對報警進行聯動處理。其組成包括管理服務器、功能服務器組，圖2所示。

圖2 服務器組組成

4.4.1 管理服務器

是主動式紅外遙視系統的核心單元。主要負責實現對本區域的業務和設備進行管理；可實現前端系統、后端系統的接入、信令轉發處理、用戶管理、干線管理、報警信息的接收與處理以及系統設備及其業務支撐信息管理，同時為用戶提供認證、授權等服務。管理服務器由基本模塊和功能模塊組成。

基本模塊。平臺管理模塊用來實現對平臺設備、前端設備的管理，并具備網管功能；業務管理模塊用來實現對用戶及業務運營的管理；前端接入模塊用來實現前端和平臺間各種信令指令的交互；客戶端接入模塊用來提供用戶接入的界面、實現后端與平臺間信令指令的交互；調度模塊用來控制視頻轉發服務器的調度策略，包括最大并發流，干線路由，優先級等策略。

4.4.2 功能服務器組

視頻轉發功能模塊：為視頻轉分發單元，可實現音視頻請求、接收、轉發、分發，并可實現可實現分布式部署；支持發起請求并建立與一個目標地址的媒體通道；可選擇支持接受路由表，按路由表發起逐級請求連接的功能；支持主流的網絡協議的，如 RTP、RTSP、SDP、HTTP、SIP、3GPP。

報警服務功能模塊：一個域中只有一個報警服務器，其作用是得到正確的主機狀態，及接收外部的任何報警請求，封裝成統一模式，并將報警信息在網內廣播。

控制服務功能模塊：一個域中只有一個控制服務器，實現本地端對前端設備的動作控制，編輯和調用預置位，控制優先級調度。

存儲點播功能模塊：可實現視頻存儲、檢索，支持視頻點播回放，采用分布式部署，具有類似于視頻轉發服務器的視頻請求、接受機制；區域內的存儲點播服務器僅接受本域管理控制服務器的管轄，可為異域提供媒體訪問接口，亦可通過本域視頻轉發服務器提供該接口。

溫度數據分析模塊：按照紅外診斷的基本原理，對采集到的溫度數據進行分析，對設備進行診斷。

4.5 紅外測溫系統實現的功能

4.5.1 實時溫度監測和圖像觀看

在系統客戶端軟件，可以實時查看當前正在播放的紅外視頻圖像上任意點位的溫度。在視頻圖像上，任意畫出一個矩形框，視頻圖像的右上角就會實時顯示出該矩形框內的最高溫度、平均溫度以及最低溫度，如圖3所示。

圖3 視頻圖像

如果用戶需要對當前畫面的溫度數據做進一步分析，可以點擊鼠標右鍵，進入圖像分析界面。在該界面上，可以實時獲得鼠標任意點位的溫度，并且，可以在圖像上標記出若干區域，查看區域的平均溫度、最高溫度等，方便用戶對比分析。同時，點擊瀏覽按鈕，可以將任意一副紅外熱像載入進行分析。

4.5.2 全天候溫度自動巡視

電力遙視系統的真正意義并不僅僅局限于對于遠端設備的圖像監看功能，而更應注重通過系統得到的信息進行分析并及時發現問題。

1）巡視時針對一次設備主要監測點位。

變壓器：高壓套管、接頭、將軍帽、油枕、凈油器、冷卻裝置、分接開關。

斷路器：接線端子、接線板、線夾、內部觸頭。

隔離開關（刀閘）：接頭、拐臂、線夾、觸頭、滾動觸頭、導電桿、觸指、導電管。

電流互感器：引流導板、接線端、套管、端子箱。

母線：外殼、支持夾板、匯流排連接點、T型線夾、接口。

高頻阻波器：線夾、接頭。

電壓互感器：線夾、接頭。

避雷器：線夾、接頭。

2）巡視策略介紹。利用高精度云臺的預置位功能，設置各個預置位，將每個預置位上待檢測的點位，做好標記。為方便用戶配置，配置界面上，同時顯示紅外熱像和可見光圖像。

3）巡視過程中溫度報警的設置。

對每一個區域，可以設置不同的報警信息，選擇其中一個區域，點擊報警設置，會彈出窗口如圖4所示。

圖4 溫度報警窗口

系統提供了絕對溫度、單點歷史溫差、三相溫度差和對比溫度報警四種報警類型，大大提高報警的準確度，減少誤報。

配置好巡視時間，系統將在預定的時間，對所有點位進行巡視，巡視過程中，會對溫度數據進行分析，根據設定的報警策略，在設備溫度超過安全范圍時，系統產生報警，自動的對準事故發生現場，聯動視頻進行錄像等報警聯動功能，并在客戶端彈出報警信息。每次的巡視的溫度數據會保存在數據庫，留待以后查詢分析。

4.5.3 歷史溫度查詢和分析

系統提供了設備的歷史溫度數據和相間溫度對比等一系列查詢和分析功能，包括歷史數據查詢，相間數據比較以及同類設備溫度比較等，為設備過熱時的分析和判斷提供強有力的技術支持。在歷史數據查詢界面，選中某一預置位的復選框，可以列出該預置位下的所有標記的監測區域，選中監測區域的復選框，可按照設定的時間范圍，顯示出其溫度變化曲線。

為方便用戶，系統提供了多種查詢方式：按天查詢、按周查詢和按月查詢。用戶可以根據習慣，將折線圖切換成柱形圖或餅形圖顯示。

5 技術創新點與展望

系統管理功能強大，能夠實現針對具體設備的表面溫度和圖像細節的監控，并且具有主動發現設備隱患的能力。該系統的使用，能切實減少變電站的事故隱患，為電網的遙視項目的推廣積累設計和運行方面的經驗。設備實時測溫系統作為保障設備穩定運行的輔助監控手段，與圖像監控系統進行了整合，未來系統作為變電站自動化的一部分，應該進一步整合現有的其他輔助監控系統，例如現場的安全系統、門禁和火災等系統，并設計實現統一的數據接口，為變電站信息一體化建設做好準備。

1）集實時紅外測溫和溫度數據分析、視頻聯網、權限細分管理、分布式海量存儲、干線路由管理、流媒體點播、異質設備互聯技術的嵌入式遙視管理系統，硬件實現了表面溫度圖像、溫度值數據和相應位置視頻的一體化前端采集設備，軟件采用先進的系統級“積木式”組網方式，支持不同規模的建設需求。

2）實現電力系統一次設備的表面溫度自動測量，結合物體被測畫面，天氣影響等因素，測量數據具有自動溫度補償功能，支持單點、復雜區域的實時溫度采集。

3）采用多角度三維GIS地圖方式，關聯疊加設備點位和報警點位的具體位置，通過地圖點位聯動現場一次設備的表面溫度和視頻，針對具體設備實現監控。

4）實現歷史溫度數據的自動記錄和查詢分析功能，系統以線性圖、餅圖、柱狀圖等方式整合了設備的歷史溫度數據查詢，相間數據比較以及同類設備溫度比較等一系列查詢和分析功能，并提供了按天查詢、按周查詢和按月查詢等多種查詢方式。

5）主動式紅外遙視系統采用了三種報警方法，即表面溫度判斷法、相對溫差判斷法、同類比較法。自動實現設備溫度缺陷的報警，并實現在接收到報警信號后同步實現上傳現場設備圖像、啟動報警錄像，GIS地圖對應點位閃爍等功能。

6 系統缺陷及需改進之處

系統必須先設置好需要測溫的點位，系統才能正常開始測溫，自動記錄每個測溫點每次自動測溫的數值。由于需要人工設置點位，而測溫點的數量龐大，所以需要設置的工作量非常大。而且人工設置可能產生疏漏，漏掉某個需要測溫的設備。為避免產生上述問題，可考慮系統增加以下自動測溫功能，即系統默認自動將需要進行測溫的空間球面分成若干個點，定時自動按照默認設置的點進行測溫，發現超過某一設置的溫度時產生告警信息，并自動記錄這一點云臺的位置，方便過后的具體觀測。這樣兩種測溫方式的補充，既可以避免遺漏需測溫的設備，又能夠給運行人員一個最直觀的測溫結果，即沒有告警信息就表示測溫正常。

由于設備存在遮擋，使該系統不可避免的存在測量“盲區”，為了克服“盲區”，就要增加紅外測溫設備數量，這又會影響經濟性，所以要完全依賴該系統進行測溫，目前的條件還達不到，實踐中要認識到設備的固有缺陷，有重點、有目的的對紅外探頭進行布點。

該系統只適用于設備分散布置的變電站，但是這樣的變電站目前多是一些老變電站。新建變電站多采用GIS設備和開關柜這樣的全封閉設備，該系統無法應用于這樣的變電站。但是該系統的成功應用是一個很好的嘗試，為開發其它測溫系統打下了基礎。GIS設備和開關柜如何進行遠程自動測溫，這是一個需要加以研究的課題。

7 結語

設備測溫工作從最早的貼示溫蠟片、人工觀測到現在的采用紅外設備進行測溫，是一個巨大的進步。傳統的一些方法仍然是簡單有效的，新技術的出現，為我們提供了更好、更先進的測溫工具。如何把新的技術應用到實踐中，解決生產中的問題，是我們需要不斷努力的方向，測溫技術的發展將使電力系統更加智能、更加可靠、更加安全。