電力設備紅外在線監測系統應用實踐 馬海峰王中明

王鵬橙 王昭濱 王鵬 曹玉蘭 江亞莉 蔣祝巍

【摘 要】電力設備狀態監測的目的是采用有效的檢測手段和分析診斷技術，及時、準確地掌握設備運行狀態，保證設備的安全、可靠和經濟運行。紅外在線監測系統在對電力設備的運行狀態檢測方面存在較大優勢，能夠實現不停電、非接觸、全天候的對電力設備展開監測。因此，本文對電力設備紅外在線監測系統展開探討研究。

【關鍵詞】電力設備；紅外技術；在線監測

電力設備在運行中經受電的、熱的、機械的負荷作用，以及自然環境（氣溫、氣壓、濕度以及污穢等）的影響，長期工作會引起老化、疲勞、磨損，以致性能逐漸下降，可靠性逐漸降低。設備的絕緣材料在高電壓、高溫度的長期作用下，成分、結構發生變化，介質損耗增大，絕緣性能下降，最終導致絕緣性能的破壞；工作在大氣中的絕緣子還受環境污穢的影響，表面絕緣性能下降，從而引起沿表面放電故障。設備的導電材料在長期熱負荷作用下，會被氧化、腐蝕，使電阻、接觸電阻增大，或機械強度下降，逐漸喪失原有工作性能。這些變化（稱為劣化）的過程一般是緩慢的漸變的過程。隨著設備運行期增長，性能逐漸下降，可靠性逐漸下降，設備故障率逐漸增大，可能危及系統的安全運行，必須對這些設備的運行狀態進行監測。

電力設備紅外在線監測系統就是利用紅外技術，將被測物體表面的紅外輻射轉變成電信號，從而實現監測電力設備的效果。紅外在線監測系統具有不停電、非接觸等優點，因在在電力設備狀態監測方向具有較大的優勢。

1 系統需求性分析

電力設備紅外在線監測系統應該滿足以下的基本功能：（1）根據熱故障監測實際需要設置監測點，系統自動采集紅外圖譜與之配套的可見光圖像，并自動進行歸檔，以便分析診斷；（2）根據實際需要靈活設置自動巡航方案及巡航方案啟動的時間及啟動頻率，在巡航過程中，根據設置的自動診斷規則，自動分析診斷熱故障，并通過網絡通信或短信等方式發布報警信息，報警信息包括多區域（多相）之間溫差報警、多區域溫度報警、單區域溫度報警；（3）具有遠程診斷分析管理的功能，如具有檢驗報告管；（4）實現區域電網紅外圖庫數據共享，如故障設備紅外成像歷史圖庫、標準故障圖像信息庫、高壓設備紅外診斷分析知識庫等；（5）數據實行分布式存儲備份，圖片、視頻等紅外圖像資源網絡共享，專家知識網絡共享，網絡分層管理；（6）采用360度連續旋轉、大俯仰角度數字云臺多點全方位監測一次設備的狀態，做到360度無死角全方位監測。

2 紅外在線監測系統

2.1 系統結構

紅外測溫監測系統主要包括光學系統、調制盤、熱釋電紅外探測器、信號處理電路、微控制器、顯示輸出電路及網絡傳輸電路等部分組成。輻射體發出的紅外輻射，進入光學系統，經調制器把紅外輻射調制成交變輻射，由探測器轉變成為相應的電信號。該信號經過放大器和信號處理電路，并按照儀器內的算法和目標發射率校正后轉變為被測目標的溫度值。

2.1.1微控制器

微控制器作為紅外測溫儀的核心處理部件，它關系到整個儀器的性能指標，系統以ARM9為核心器件，系統上電后，首先加載相應程序的ARM程序，并把紅外測溫模塊傳來的數據加以處理，送 LED 顯示屏顯示及進行網絡傳輸。

2.1.2光學系統

光學系統能匯聚其視場內的目標紅外輻射能量，其主要由菲涅爾光學透鏡和濾光片組成，菲涅爾透鏡是利用透鏡的特殊光學原理，在探測器前方產生一個交替變化的“高靈敏區”和“盲區”，當被測物從透鏡前經過時，發出的紅外線將交替不斷地從“盲區”進入“高靈敏區”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而匯聚其視場內的目標紅外輻射能量。

2.1.3紅外探測器

熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應管匹配器3部分組成，采用雙傳感探測元將兩個特性相同的熱釋電晶體逆向串聯，用來防止其他紅外光引起傳感器誤動作，此外，當環境溫度改變時，兩個晶體的參數會同時發生變化，從而相互抵消，避免出現檢測誤差，干涉濾光片能有效地讓人體輻射的紅外線通過，且能最大限度地阻止陽光、燈光等可見光中的紅外線的通過，以免引起干擾，熱釋電紅外傳感器在結構上引入場效應管的目的在于完成阻抗變換。

2.1.4調制盤

調制盤置于光學系統的焦平面上，把恒定的輻射通量變化成為交變的輻射通量，產生目標所在空間位量的信號編碼，進行空間濾波以抑制背景干擾，同時提高紅外系統的檢測性能。

2.1.5顯示部分

顯示部分由ICL7106（多位液晶顯示驅動器）和EDS801（標準段式液晶顯示屏）及其他一些元器件組成，經過測量電路處理過的信號，經過輸入端口進入 A/D 轉換電路，ICL7106進行A/D轉換，再與標準段的EDS801顯示屏顯示出被測物的溫度。

2.1.6系統電源

系統采用 12V直流電源供電，將220V交流電通過變壓器T降壓，全橋U整流，C濾波，為系統提供12V直流電壓。

2.2 故障判斷方法

電氣設備故障種類繁多，但大部分故障都伴有發熱的現象，常見的熱故障的判斷方法有表面溫度判斷法、相對溫差判斷法、圖像特征判斷法、實時分析判斷法、檔案分析判斷法以及同類比較判斷法；不同的電氣設備通常采用不同的判斷方法，如：斷路器故障通常是由于內部載流回路接觸不良造成過熱故障，一般可以采用相對溫差法進行故障診斷，相對溫差 ，其中， 環境溫度參照體的溫度， 正常相對應點的溫度，為發熱點的溫度；計算出相對溫差值，根據設備類型的不同，判斷出故障類型。如在監測SF6斷路器中，△%>95%為視同緊急缺陷，80%<△%<95%為重大缺陷，20%<△%<80% 為一般缺陷。

3 結束語

隨著電力負荷的日益增加，在設備長期運行過程中，變電設備因老化或故障而發熱，而這些發熱部位的溫度通常難以監測，容易導致各種事故的發生，紅外測溫技術以其特有的非接觸、實時快速、形象直觀、準確度高及適用面廣等優點，成為是變電站監測設備早期缺陷的有效手段之一，利用系統的485總線可以將多個探頭的數據連接到控制室內，實現在線監控，不僅可以減少勞動強度，提高缺陷診斷率，而且可以隨時隨地診斷設備運行情況，保證設備安全運行，提高電力設備運行可靠性。

參考文獻：

[1] 王文華.紅外成像技術在晉城地區電力設備故障診斷中的應用[J].紅外，2015（6）121-123.

（作者單位：國網鶴崗供電公司）