變電站高壓設備一體化溫度監測系統的研究

唐傳佳，王錫琳，魏曼榮

(國網安徽省電力公司蚌埠供電公司，安徽 蚌埠 233000)

變電站高壓設備一體化溫度監測系統的研究

唐傳佳，王錫琳，魏曼榮

(國網安徽省電力公司蚌埠供電公司，安徽 蚌埠 233000)

采用在線式紅外熱像儀、紅外窗口+手持式紅外熱像儀、無線測溫等多種測溫方式，監測變電站內帶電設備的溫度數據，并對監測數據進行綜合分析管理，實現對設備故障的智能診斷，為設備的狀態檢修提供依據，提升供電的可靠性和經濟效益。

變電站；紅外測溫；自動巡測；無線測溫

0 引言

變電站高壓設備一體化溫度監測系統利用在線式紅外熱成像儀、無線測溫技術、手持式紅外測溫儀對區域內所有設備進行溫度監測。在線式紅外熱成像儀按照預先設定的程序巡檢，獲取覆蓋范圍內每個設定目標的紅外熱圖像，并結合紅外圖像識別技術，實現對站內高壓設備故障的智能診斷。

1 變電站高壓設備一體化溫度監測系統構成

該監測系統為多種測溫手段集成的變電站綜合測溫體系，將手持紅外測溫、在線紅外測溫、基于紅外窗口測溫和開關柜無線測溫深度整合，并在此基礎上實現了變電站高壓設備一體化溫度監測。

1.1 紅外熱像在線監測系統

每套在線式紅外測溫系統由1臺在線式紅外熱成像儀，配合高清可見光CCD攝像機組成。

1.2 紅外窗口+手持紅外熱像儀

透過開關柜后門上的紅外窗口，使用手持式紅外熱像儀，采集高壓開關柜內設備的紅外圖像。

1.3 無線測溫裝置

在高壓開關柜內被測電氣接頭上粘貼等電位無線傳感監測探頭(含CPU和射頻模塊)，采用成熟的傳感技術和獨特的無線通信技術進行高壓隔離和信號傳輸，利用固有的絕緣性和抗電磁場干擾性能實現對高壓設備的無線測溫。通過熱敏元件對實時溫度信號識別處理后，由射頻模塊發送信號到接收基站及集控中心，實時顯示各電氣接頭的發熱溫度。

1.4 溫度監測系統整體網絡結構

根據電力系統的網絡情況，一體化溫度監測系統的整體網絡結構如圖1所示。

圖1 系統整體網絡結構示意

1.5 系統整體功能模塊構架

系統整體功能模塊構架如圖2所示。

2 變電站高壓設備一體化溫度監測系統功能

該監測系統為變電站內設備的狀態檢修、電網的平穩運行和檢驗報表的管理提供了全面、規范、準確的技術支持，以提高檢修效率，并可相應縮短停電時間，減少因檢修停電造成的供電量損失。

圖2 系統整體功能模塊構架

2.1 定時開啟紅外熱成像設備

在巡航工作狀態下，計算機定時開啟紅外熱成像設備。紅外熱成像設備安裝在云臺上，并通過固定在門型鋼構上的導軌在設備上方運行。在云臺的控制下，紅外熱成像設備按照事先設定的診斷位置，自動調整拍攝角度和成像焦距，對受檢測設備進行定時定點的紅外圖像采集和溫度數據分析，并將紅外圖像采集存儲下來，送入數據庫進行分析、比較，利用設定的判據確定設備的工作狀態。若發現設備出現故障，則發出報警信息；若設備和區域溫度出現異常，系統將引導操作人員對其紅外熱像進行遠程精細拍攝，并通過系統分析功能加以分析和判斷。

2.2 定時接收溫度信息

在計算機控制下，該系統定時接收每個無線傳感監測探頭發送的溫度信息，并將該溫度信息存儲下來，以便對設備的溫度信息進行長期分析和比較；同時，根據設定的溫度閾值，診斷設備的當前工作狀態，當超出溫度閾值時，發送報警信息。

2.3 對開關柜內的設備進行溫度監測

利用手持式紅外熱像儀，經開關柜后柜門上的紅外檢測窗口，對開關柜內的設備進行溫度監測；并與無線測溫技術相結合，研究紅外窗口對溫度測量的影響，建立相應的測溫、診斷模型以及相關的技術標準。

2.4 拍攝紅外熱像和可見光圖像

利用紅外熱成像設備和可見光CCD攝像機的雙艙監控，拍攝紅外熱像和可見光圖像。采用圖像處理技術，對紅外圖像進行全景拼接和紅外與可見光圖像的融合。通過全景拼接生成視場域內大尺度紅外圖像，實現同一設備不同相位的統一展示。

根據檢測溫度信息，使用國家電網公司的紅外診斷導則，對設備狀態進行診斷分析。采用融合技術融合后的圖像，綜合紅外信息和可見光信息，可輕易地從可見光圖像上識別目標設備。紅外在線智能監測流程如圖3所示。

圖3 紅外在線智能監測流程

3 變電站高壓設備一體化溫度監測系統應用

目前，變電站高壓設備一體化溫度監測系統已成功應用于某變電站。該變電站是1座220 kV無人值守變電站，站內2臺220 kV主變，分為3個電壓等級，其中220 kV采用雙母線帶旁路接線方式，110 kV采用單母線分段接線方式，35 kV采用單母線分段帶旁路接線方式，全部為敞開式SF6開關，35 kV開關戶內布置，其余戶外布置。電抗器接在35 kV母線上，采用垂直戶外布置。站用變2臺，一臺接在35 kV母線上，另一臺接在線路上。

由于母線較長，變電站220/110/35 kV各安裝了2套紅外溫度巡測系統，電抗器也安裝了1套。全站所有設備，包括開關、流變、避雷器、電抗器等均可采用自動巡檢紅外測溫方式。

4 結束語

變電站高壓設備一體化溫度監測系統將紅外自動巡測、圖像傳輸存儲、設備故障診斷、狀態檢修有機結合起來，對設備表面輻射的紅外光像進行非接觸、遠距離熱成像檢測，不受電場干擾，具有直觀、準確、快速、安全、靈敏度高、應用范圍廣等特點，使紅外測溫工作走向實時化、智能化和規范化，成為電力設備健康狀態監測和故障診斷的重要手段。

紅外成像信息傳輸平臺提供的實時清晰圖像和診斷平臺提供的數據信息提高了檢修人員的消缺效率，縮短了設備停電時間，提升了供電可靠性。同時，將人工測溫變為自動測溫，節約了大量人力，降低了生產成本，為供電企業帶來了可觀的經濟效益。

1 周 娜．變電站高壓設備發熱故障智能檢測系統的研究[D]．鄭州：華北水利水電學院，2011.

2 翁銀燕．光纖布拉格光柵振動加速度傳感器的結構設計及實驗研究[D]．西安：西北大學，2012.

3 熊 靖．基于光纖布拉格光柵加速度傳感器的振動監測系統[J]．中國水運， 2010，10(1)：70-71.

2016-12-17；

2017-01-06。

唐傳佳(1979—)，男，工程師，主要從事變電運維技術管理工作，email：bepc1@163.com。

王錫琳(1982—)，男，助理工程師，主要從事物資供應流程管理工作。

魏曼榮(1964—)，女，高級工程師，主要從事安全教育培訓及事故管理工作。