電力設備紅外在線監測系統的應用研究

云昌盛

摘 要：當前電力設備的紅外在線監測越來越受到大家的重視，它可以對電力設備的運行情況進行遠程監控，及時了解電力設備當前的運行狀況，保障電力供應的穩定性，同時能節約大量人力實地監測的成本，符合我國堅強智能電網發展趨勢。本文以工程實例為依托，針對電力設備紅外在線監測系統的應用研究，以促進電力設備在線監測系統的應用與發展。

關鍵詞：電力設備；紅外在線監測系統；應用

1 前言

近幾年，隨著堅強智能電網的深入推進，電力工業向著高電壓，大容量，互聯網化轉變，確保電力設備的安全持續運行變得越來越重要。這就需要更加及時更加準確地了解電力設備的狀態信息，因此對電力設備進行實時監測成為了保證其安全運行的有效方法。此舉有利于發現設備的故障隱患，采取有效的預防維護措施，最大限度地減少停電事故的發生。電力設施產生故障的物理學機理主要涉及電、磁、熱、力等方面，但電力系統中設備的絕大部分故障和事故的具體表現為溫度的異常，當設備出現故障或異常時，對應的故障點的溫升變化會異常明顯，因此，可以將這些部件的溫度信息作為電力設備狀態檢測的可靠依據。

目前，紅外檢測在各個領域的應用日趨廣泛而深入，以紅外檢測技術為核心的在線監測系統，成為了電氣設備監測的重點，通過紅外檢測技對電力設備進行實時監測，了解電力設備溫度信息，把控電力設備運行狀況，可有效提高電力設備運行的穩定性，并實現線上監測，節約巡視次數與人工投入，因此下文中將結合某電廠實例分析電力設備紅外在線監測系統的應用。

2 項目背景

本項目擬為某電站開發一種基于圖像分析與溫度結合的精細化分析的紅外熱成像在線檢測系統，實現對設備本體的實時熱成像監控，支持區域溫度顯示、歷史曲線分析、超限閾值告警等系統功能。其后臺部署在監控中心，支持遠程調閱監控。采用在線紅外熱像儀后，可以實時自動巡檢運行設備的溫度情況并按預先設定的預警值發出聲音報警信號，及時把報警信號上傳至運維中心，從而使運維人員“早發現、早處理”，用調整負荷或改變系統運行方式等手段，確保設備運行的安全，提高運行人員對設備缺陷的識別能力和預見性，實現主動運維。

3 設計原則

3.1 利舊原則

設計過程中充分利用現有的計算機、通信及網絡資源，并結合電力系統的實際業務需求和現有視頻監控系統的情況進行開發，在確保實用性的同時，節省用戶投資。

3.2 兼容現有設備接入

新開發的系統完全兼容現有已投入使用的可見光視頻監控設備，實現與現有設備的無縫接入，同時也提供標準紅外熱成像攝像機的接口，實現對主流廠家設備的接入，兼容各種不同型號的紅外熱成像攝像機，便于后期系統擴容。

3.3 功能可擴展

平臺軟件的設計應采用分層的模塊化結構，具有良好的可擴展能力，能夠方便地進行圖像溫度在線分析、報警信號預案聯動等應用功能擴展，以適應后期業務發展的需求。

3.4 數據安全性

升級后系統安全性除了基本的防攻擊、防非法侵入、防病毒等要求之外，還需要保證只有授權用戶可以訪問和使用平臺提供的服務，確保數據傳輸的安全可靠。

4 實施方案

4.1 系統網絡架構

系統網絡部署架構如圖1所示。系統可以實現雙光譜的融合，將可見光與紅外光有機地結合，各種監控設備通過交換機匯集到一個視頻綜合管理平臺當中，進行統一管理和監控。

4.2 部署方案概述

本項目為該電站安裝紅外熱成像測溫設備，采用在線紅外熱像儀后，可以實時自動巡檢運行設備的溫度情況并按預先設定的預警值發出聲音報警信號，實時地把報警信號上傳至運維中心，及時發現問題，解決問題，確保設備運行的安全，提高運行人員對設備缺陷的識別能力和預見性。

由于風洞內設備本體離墻壁距離較小，現場監控距離限制在1～1.5m，需考慮監控設備視角覆蓋范圍及測溫有效距離（如圖2）。

5 技術要求

5.1 前端溫度檢測

測溫熱成像攝像機能夠對前端的監控場景實時進行框測溫或點測溫，測溫精度達到1 ℃，測溫誤差控制在±2℃之內。熱成像攝像機支持100個以上預置點，每個點可以配置為點測溫、線測溫或面測溫的方式。

5.2 視頻圖像采集

測溫攝像機分辨率為640×512，可以對其監控場景進行有效探測和成像，獲取圖像中的關鍵信息。攝像機采用雙光譜設計，既具有熱成像鏡頭，同時又兼具普通攝像機的可見光鏡頭/機芯。其中，可見光鏡頭/機芯的分辨率達1080P，最低照度為0.05Lux，可以對監控場景進行高清圖像采集和辨識。

5.3 報警聯動功能

后端視頻綜合一體機接入報警輸入/輸出設備，針對不同監控點配置多樣化的報警觸發規則，實現報警信號聯動，自動彈出報警位置的視頻圖像，迅速定位報警位置，同時通過日志記錄報警位置。視頻綜合一體機和熱成像攝像機本身也支持一些視頻報警功能，如移動偵測報警等，可將報警信號上傳至中心，彈出圖像等。

5.4 多級權限分配管理

通過視頻綜合一體機本地菜單或客戶端應用軟件等可以添加和刪除用戶，并可對各級用戶的控制權優先級進行管理。根據系統分配的不同權限，各級用戶享有對各監控點圖像不同的瀏覽和控制權限。

5.5 紅外測溫分析功能

1）紅外視頻上疊加測溫信息OSD，溫度信息包括全屏最高溫、測溫區域的最高溫度值及位置，以及采用的偽彩色調色板、錄像時間等；

2）每個劃定區域的測溫數據自動保存，保存的數據包括測溫部位、時間、溫度值等；

3）可以設置溫度閾值，當設備溫度異常時產生告警；

4）可以根據設備對象的發射率和測溫距離進行測溫校正；

5）為了更便于定位設備故障，原始紅外溫度熱像圖可以存儲；

6）原始紅外溫度熱像圖支持點、線、面、等溫線等復雜的測溫分析；

7）熱點報警功能紅外圖像監視系統具備熱點報警功能，熱點溫度閾值可設。

5.6 多種預警溫度和報警溫度機制

可設置預警及報警的閾值。例如，報警規則選擇“高溫大于”，預警溫度設置為“50℃”，報警溫度設置為“55℃”，則當檢測到的溫度大于“50℃”時將產生預警，而當溫度大于“55℃”時將產生報警。

為了防止溫度來回震蕩影響報警結果，需要設置一個容差溫度。例如，設置容差溫度為“3℃”，報警溫度為“55℃”，則當檢測到的溫度為“55℃”時設備報警，當檢測到的溫度≤52℃時，報警才會取消。

6 結論

在該項目實施過程中，通過應用紅外熱成像測溫技術實現對電站發電機組、封母、變壓器和高溫電纜等重要電氣元件的溫度進行實時監測及預警，減少甚至杜絕因電氣設備高溫、電纜短路或接頭發熱而引起的火災事故發生，避免給生產運行帶來重大損失。

通過本項目的實施部署，可實現非接觸方式檢測運行中的設備溫度和運行狀態，可以實時、簡捷、安全、直觀、準確地查找與判斷設備過熱故障，迅速采取處理措施，防止意外事故的發生。紅外熱成像測溫裝置為設備精細化點檢和維修提供有力技術支撐，可以提高工作員的運維檢修效率，同時降低設備安全隱患。

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