變電站紅外熱像儀測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程讀取及傳輸研究

郭素梅　余健勇　馬承志　林雄德

摘要：文章提出了基于4G網(wǎng)絡(luò)和電力專網(wǎng)通信的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)讀取和傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用一體化的數(shù)據(jù)接口模塊，作為數(shù)據(jù)讀取傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)，能夠很好地利用普通的便攜式紅外熱像儀實(shí)現(xiàn)設(shè)備紅外熱像測(cè)溫的實(shí)時(shí)、穩(wěn)定和可靠的數(shù)據(jù)讀取和傳輸，并且可以實(shí)現(xiàn)智能巡測(cè)、巡檢終端的遠(yuǎn)距離無線接入。

關(guān)鍵詞：變電站；紅外熱像儀測(cè)溫；數(shù)據(jù)讀取；無線傳輸；一體化裝置 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM762 文章編號(hào)：1009-2374（2017）01-0025-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.012

變電站紅外熱像測(cè)溫是當(dāng)前正在迅速發(fā)展和應(yīng)用的技術(shù)之一。國(guó)內(nèi)外許多電力公司從20世紀(jì)80年代就開始研究并推廣應(yīng)用變電設(shè)備紅外測(cè)溫技術(shù)，發(fā)展到今天，紅外測(cè)溫技術(shù)已較為成熟，其在減少停電預(yù)防性試驗(yàn)的時(shí)間和次數(shù)及在運(yùn)行中及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)熱缺陷方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，極大地提高了供電可靠性。電力系統(tǒng)的供電可靠性是電力部門的一個(gè)重要課題，而高壓設(shè)備的安全運(yùn)行是整個(gè)系統(tǒng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)電力供應(yīng)的可靠性要求越來越高，新建設(shè)的變電站已經(jīng)開始使用在線測(cè)溫技術(shù)來實(shí)時(shí)掌握運(yùn)行中設(shè)備的發(fā)熱情況。而已建變電站設(shè)備的測(cè)溫未實(shí)現(xiàn)在線測(cè)溫，通常是由運(yùn)行人員攜帶紅外熱像儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫來實(shí)現(xiàn)的。

電力變電站在運(yùn)行過程中，設(shè)備溫度正常與否是判斷其運(yùn)行狀態(tài)是否良好的一個(gè)關(guān)鍵信息，因此需要對(duì)其進(jìn)行經(jīng)常性的巡測(cè)、巡檢工作。目前變電一次設(shè)備在新接入、檢修后、帶缺陷運(yùn)行、負(fù)荷突增、電網(wǎng)特殊運(yùn)行方式等情況下，都需要運(yùn)行人員定期進(jìn)行溫度測(cè)量，以監(jiān)測(cè)和掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。現(xiàn)在一般采用人工手段攜帶紅外熱像儀進(jìn)行，但是隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，遠(yuǎn)郊變電站分布地域范圍變得越來越廣，給運(yùn)維帶來了越來越多的不便和困難，主要表現(xiàn)在運(yùn)維人員需要攜帶便攜式紅外熱像儀進(jìn)行頻繁的設(shè)備測(cè)溫，花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間在往返路程上。這種傳統(tǒng)的方式大大浪費(fèi)了人力、物力和財(cái)力，同時(shí)增加了交通風(fēng)險(xiǎn)。

現(xiàn)在運(yùn)行人員在變電站測(cè)溫中使用的紅外熱像儀中部分設(shè)備具備數(shù)據(jù)接口擴(kuò)展、在線數(shù)據(jù)讀取、遠(yuǎn)程控制開發(fā)的硬件條件，但在日常生產(chǎn)中，運(yùn)行人員往往僅使用到了人工手動(dòng)測(cè)溫這一部分的功能，未充分利用到紅外熱像儀的全部功能，尤其對(duì)紅外熱像儀的高級(jí)應(yīng)用

不足。

基于這種情況，本文充分考慮了生產(chǎn)中的實(shí)際需求，通過采用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)讀取和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞剑瑢?shí)現(xiàn)將現(xiàn)場(chǎng)采集的溫度監(jiān)測(cè)圖像和數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)快捷地傳輸?shù)皆O(shè)備運(yùn)維中心。

1 技術(shù)方案

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)電力變電站現(xiàn)場(chǎng)紅外熱像儀測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)和圖像的遠(yuǎn)程讀取和傳輸，系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示：

本方案變電站紅外熱像儀現(xiàn)場(chǎng)采用一體化的數(shù)據(jù)讀取和傳輸終端裝置，與近距離的移動(dòng)4G基站進(jìn)行無線通信，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)還可以通過Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)或者RJ45接口就近接入電力專網(wǎng)，最終通過互聯(lián)網(wǎng)或者電力專網(wǎng)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娏ΡO(jiān)控中心。

在偏遠(yuǎn)地區(qū)地理環(huán)境受限，無法實(shí)現(xiàn)電力專網(wǎng)接入和無線移動(dòng)公網(wǎng)接入情況下，設(shè)計(jì)通過一體化數(shù)據(jù)終端裝置傳輸現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)和圖像，通過已有的電力頻段的230MHz的無線終端實(shí)現(xiàn)對(duì)變電現(xiàn)場(chǎng)的圖像和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，具有遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，從而可以大大降低地理環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，達(dá)到實(shí)現(xiàn)同一裝置在不同變電站進(jìn)行移動(dòng)式的遠(yuǎn)程測(cè)溫的目的。

利用變電站設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)這一重要參數(shù)判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否正常，經(jīng)過改造的便攜式紅外測(cè)溫儀設(shè)計(jì)結(jié)合一體化的數(shù)據(jù)讀取和傳輸裝置，可以達(dá)到通過遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)溫度的方式來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的目標(biāo)，進(jìn)一步滿足智能電網(wǎng)信息化的要求。同時(shí)一體化數(shù)據(jù)傳輸裝置預(yù)留多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，還可以在同一變電站連接多臺(tái)測(cè)溫儀和其他傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)多套設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，尤其在偏遠(yuǎn)變電站需要在某一時(shí)間段內(nèi)定期測(cè)溫時(shí)，將該設(shè)備裝設(shè)在設(shè)備場(chǎng)地，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)維，通過設(shè)定溫度測(cè)量周期和數(shù)據(jù)回傳周期來滿足不同測(cè)溫周期的運(yùn)維要求。

1.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，采用創(chuàng)新的技術(shù)，達(dá)到領(lǐng)先的水平。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)讀取和傳輸是基于具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和傳送功能的數(shù)據(jù)接口模塊，實(shí)現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)接口TCP/IP和UDP協(xié)議進(jìn)行通信，可以實(shí)現(xiàn)通過主控中心PC對(duì)遠(yuǎn)端設(shè)備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)讀取和控制。

數(shù)據(jù)接口模塊設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備側(cè)USB接口到TCP/IP的協(xié)議的接口轉(zhuǎn)換功能，它向上可以提供10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口，向下提供標(biāo)準(zhǔn)USB接口，實(shí)現(xiàn)USB到TCP/IP網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)到USB的數(shù)據(jù)傳輸。

數(shù)據(jù)傳輸采用基于4G無線通信，Wi-Fi無線接入和TDMA無線傳輸方式而設(shè)計(jì)的便攜式傳輸終端，能夠以無線接入的方式建立遠(yuǎn)程傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)鏈路，該模塊在網(wǎng)絡(luò)傳輸方面采用先進(jìn)的Peer-to-Peer對(duì)等聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)，整合先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸特性，完成信息交換、網(wǎng)絡(luò)分析和連接建立，該數(shù)據(jù)接口模塊的功能，最終接入互聯(lián)網(wǎng)（Internet），實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。

系統(tǒng)中設(shè)計(jì)MCU用于控制溫度數(shù)據(jù)的讀取和開關(guān)量的控制，它通過SPI接口與具備TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)接口芯片實(shí)現(xiàn)通信，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的控制功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電源模塊的控制，達(dá)到節(jié)能的目的。

2 系統(tǒng)特點(diǎn)和功能

該方案設(shè)計(jì)和模塊設(shè)計(jì)均采用先進(jìn)的技術(shù)，具有如下特點(diǎn)和功能：（1）實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的設(shè)計(jì)及通信方式規(guī)范化、數(shù)據(jù)接入的規(guī)范化、協(xié)議的規(guī)范化、移動(dòng)應(yīng)用的規(guī)范化；（2）數(shù)據(jù)加密：所有接入數(shù)據(jù)均經(jīng)過加密處理，以確保數(shù)據(jù)的安全性要求；（3）模塊化設(shè)計(jì)：軟硬件的模塊化結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)，具有標(biāo)準(zhǔn)化的連接接口，以及一致的輸入輸出接口，采用標(biāo)準(zhǔn)RJ45接口和USB接口；（4）遠(yuǎn)程傳輸：采用先進(jìn)的4G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)和電力專網(wǎng)傳輸技術(shù)，保證數(shù)據(jù)能夠具有電信級(jí)的穩(wěn)定可靠的傳輸，還具有Wi-Fi無線接入的便捷性，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)膶拵А⒏咚佟?shí)時(shí)傳送的性能要求；（5）開放性設(shè)計(jì)：方案設(shè)計(jì)最終形成一體化的數(shù)據(jù)讀取和傳輸裝置，設(shè)計(jì)具有較高的開放性、集成性和靈活性，保證一體化裝置的整體性能的提高；（6）設(shè)計(jì)具備優(yōu)良的遠(yuǎn)程控制功能：一體化數(shù)據(jù)終端裝置可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電源供電系統(tǒng)的參數(shù)，并根據(jù)狀態(tài)參數(shù)遠(yuǎn)程啟動(dòng)/關(guān)閉相關(guān)設(shè)備，達(dá)到節(jié)能的目的，電源系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)可以上報(bào)主控中心，主控中心可以通過指令遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)設(shè)備的休眠/喚醒控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。設(shè)備電源供電具有定時(shí)或自動(dòng)進(jìn)行開啟和關(guān)閉的功能，采用先進(jìn)的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制器件，利用先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，可以根據(jù)運(yùn)維業(yè)務(wù)需要實(shí)現(xiàn)主機(jī)遠(yuǎn)程遙控遠(yuǎn)端無人值守設(shè)備電源開啟和關(guān)閉，從而降低了設(shè)備巡測(cè)時(shí)間，提高設(shè)備工作效率，保證設(shè)備的可靠穩(wěn)定運(yùn)行；（7）工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)均滿足工業(yè)級(jí)技術(shù)要求，并滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，并采用優(yōu)良的EMC設(shè)計(jì)，確保設(shè)備在惡劣的環(huán)境下具備良好的運(yùn)行可靠性。采用航天軍工級(jí)的外殼和接頭設(shè)計(jì)，采用密閉的厚重金屬外殼，保證在各項(xiàng)特高壓近場(chǎng)環(huán)境中，具有優(yōu)良的屏蔽外部電磁干擾的特性，也保證在惡劣環(huán)境條件下可以達(dá)到很高的可靠性。

3 結(jié)語

綜上所述，系統(tǒng)通過采用一體化的數(shù)據(jù)讀取和傳輸裝置，有效地解決了變電站紅外攝像儀測(cè)溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程讀取和傳輸問題。在4G無線網(wǎng)絡(luò)和電力專用接入網(wǎng)的支撐下，借助該便攜式終端裝置，可實(shí)現(xiàn)電力測(cè)溫監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程傳送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、圖像、視頻的即時(shí)通信、遠(yuǎn)程監(jiān)控等智能化的監(jiān)測(cè)、巡檢方式。不僅可進(jìn)行深層的信息互動(dòng)業(yè)務(wù)，而且在設(shè)備運(yùn)維狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備缺陷跟蹤方面，進(jìn)一步提供快速、有效的數(shù)據(jù)傳輸保障和信息支撐，因此具有較高的實(shí)用性和推廣價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：郭素梅（1983-），女，河北邯鄲人，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局工程師，碩士，研究方向：變電站運(yùn)行管理。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）