熱缺陷電氣設備的溫度在線監測系統

楊春旭 孫 靜 劉 杰 樊 慶 荊 晉

（1.臨汾供電公司，山西 臨汾 041000；2.北京鐵路局北京供電段，北京 100070）

隨著紅外技術的發展，紅外熱像儀被廣泛應用到電力系統的設備巡視[1]。由于其直觀高效的特點，可以很容易檢測出電氣設備的發熱點。運行的電力設備由于老化，松動，接觸不良，短路故障等原因都能造成過熱，大多數過熱點的設備從發熱到演變成為故障，需經歷一個過程，在例行的設備紅外普測中可以很容易發現過熱點。根據缺陷嚴重程度，對于一般缺陷，需配合其他電氣設備的檢修來處理，在處理之前要求運行人員對過熱點進行定時測溫，監視缺陷發展情況。由于定時測量受天氣，測量角度，測量人員等因素的影響較大，且測量的數據少，具有較大的波動性和偶然性[2-3]。

針對這一問題，設計了一套過熱點溫度實時在線監測系統。當熱像儀測得溫度過高如圖1所示的隔離開關閘口，該點溫度比其他正常的兩相，高出70℃，可確定為發熱點。確定發熱點后，用帶有瞄準功能的紅外測溫儀實配合熱像儀進行實時監測。

圖1 運行設備的過熱點

1 相關技術介紹

1）紅外測溫技術

自然界中所有物體都在向外輻射紅外線，紅外測溫正是利用這一特性根據物體輻射紅外波長來判斷物體溫度。紅外測溫具有測溫速度快，抗電磁干擾能力強， 不接觸、不停運、不取樣、不解體等優點在電力系統中得到廣泛應用。目前常用的儀器主要有有紅外熱像儀和紅外測溫儀。紅外成像儀由于價格昂貴及構造復雜，目前只用于設備巡檢，在線測溫處于起步階段，紅外測溫儀進行溫度在線監測是很成熟的技術。

2）ZigBee技術

ZigBee是一種基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議，是一種介于無線標記技術和藍牙之間的技術提案[4]。Zigbee主要工作于免授權的2.4GHz頻段，傳輸速率為10～250kbit/s，傳輸距離根據發射功率可遠至1km以上[5]。同其他的無線通信標準（藍牙、WIFI等）相比，ZigBee具有極低功耗、短時延、成本低、實現容易、數據傳輸可靠、安全性好等特點，使其適用于實時的工程控制應用。

3）GSM短信技術

GSM即全球移動通信系統，采用時分多址技術，而且它是目前3種數字無線通信技術（TDMA、GSM和CDMA）中使用最為廣泛的1種[6]。短信息服務（SMS）為GSM系統提供了一種新穎、便捷、廉價的通信方式。SMS具有的優點：一次可傳輸140Byte的數據，數據的內容可以是字符或數字；在短消息傳送過程中，不進行呼叫連接建立和釋放的過程；在終端設備關機時，可以保持消息在一定時間內有效；可以方便地實現小數據量的信息采集、數據傳輸和遠程控制[7-8]。

2 系統構成與工作原理

本系統由溫度測量、Zigbee無線傳輸、GSM短信模塊、RS485轉232模塊及溫度數據后臺處理等4部分組成。測試點的溫度經過紅外測溫儀之后，數據通過Zigbee無線模塊傳輸至主控室，經過RS485轉232模塊上傳至后臺數據處理軟件，經過處理后將溫度顯示在屏幕上同時儲存在數據庫SQL Server 2008中，期間如果有溫度過高超過規定值，會通過GSM模塊將相關信息發送到值班人員手機上，同時如果運行人員想要了解設備溫度狀況，也可以發送短信進行查詢。系統工作流程如圖2所示。

圖2 系統工作流程圖

3 系統安裝調試時的注意事項

1）要根據安裝位置到監測點的距離和測量正對探頭的有效面積來選擇紅外探頭的距離系數。計算方式如下式（1）所示，如果選取的距離系數過小，被測目標不能充滿探頭的視場，由于環境的平均作用，使得測量結果偏低。

距離系數計算如下所示

式中，L為距離（m）；Φ為目標直徑（m）；KL為距離系數。

2）選取的紅外探頭應有瞄準功能。由于各個電壓等級都有相應的安全距離，其中220kV的安全距離為3m。安裝時一個很小的誤差，到達監測點會變得很大，不能達到測量的目的。

3）安裝時要注意，紅外測溫儀的鏡頭不能讓陽光直射，防止強烈的陽光損傷測溫儀。同時測量點背景反射的太陽光不能太強，過強會使測量結果有一個附加溫升，需加裝濾光板。

4）安裝時探頭與被測點之間不能有遮擋物，同時要經常維護保持鏡頭的清潔。

4 系統特點

1） Zigbee無線模塊的使用，避免了長距離布線，安裝方便快捷，增強了實際應用價值，同時Zigbee可以組網，保證了多點測溫時數據可中繼傳輸，極大的擴展了測溫范圍，實現全站覆蓋。

2）GSM模塊的使用保證了溫度過高能及時通知運行人員，防止缺陷進一步發展，使調度人員通過轉移負荷等手段降低發熱點溫度，以及通過調度及時安排停電檢修任務。

3）采用了SQL Server數據庫，將溫度存儲到數據庫中。通過編寫的軟件可以調取發熱點的溫度，通過溫度曲線可以直觀的看到發熱點得出溫度變化以及發展趨勢，實現了設備的狀態監測。

5 結論

采用了紅外測溫儀，可方便地實現溫度在線監測。Zigbee無線模塊具有通信可靠、傳輸距離遠的特點，避免了站內長距離布線，減小了工作量，也便于設備維護。GSM模塊實現了無人值守變電站信息與值班人員的實時溝通，當有缺陷發生時能及時通知值班人員，防止熱缺陷進一步發展。

該裝置具有安裝原件少，操作簡單，維護方便，實用性強的特點具有很高的應用推廣價值。

[1] 李然.紅外測溫技術與變電站圖像監控系統的融合研究與實現[J].電網技術,2008,32(14).

[2] 俞睿默.在線測溫檢測技術在無人值班變電站應用的可行性探討[J].華東電力,2009,37(7):1182-1185.

[3] 韓玉蘭,蘆興,路燦,等.高壓開關柜隔離觸頭溫度紅外檢測系統的研制[J].高壓電器,2008,44(6): 578-581.

[4] 張子紅,周鴻雁,等.基于Zigbee 技術的無線抄表系統的設計[J].電力系統通訊.2012,33(232):60-63.

[5] 呂宏,黃釘勁,等.基于ZigBee 技術低功耗無線溫度數據采集及傳輸研究與開發[J].國外電子測量技術,2012,31(2):58-60.

[6] 林莘,張浩.基于GSM 短信技術的小電流接地選線裝置[J].低壓電器,2007,9:35-38.

[7] 唐忠,楊春旭,崔昊楊,等.基于GSM 短信技術的變電站紅外溫度在線監測裝置[J].華東電力,2010,38(11): 1753-1755.

[8] 宋國峰. GSM 短信技術在電力變壓器檢測系統中的應用[J].電氣化鐵道,2006(3):43-45.