一種球機除冰驅霧裝置設計的研究★

王德賀 羅華楓 楊柳青

(貴州電網有限責任公司，貴州 貴陽 550002)

0 引言

貴州地處我國西南區域，是全國唯一一個沒有平原的省份，全省氣候條件屬亞熱帶季風氣候，由于地形地勢復雜從而導致氣候的復雜性和多樣性，多云少照、濕度較大[1]。因此，運行在此區域的遠距離高壓輸電線路所處的地理環境和氣候條件比較惡劣,輸電線路許多電氣參數受不同地域、不同污染、不同冷暖氣流的影響[2],靠巡維人員人工巡察缺陷難度較大，效率較低，或是根本無法發現,因此現在普遍采用在線視頻監控處理分析系統，如圖1所示。但是系統所需要用的監控球機暴露在大氣中，受天氣影響較大，特別是在冬季,因溫度較低加之濕度較高,或是陰天有霧天氣，球機所拍影像質量較低，嚴重影響系統的數據分析以及信息處理。

1 主流監控球機運行現狀

1)現有攝像機為了保護攝像機上的鏡頭，一般將攝像機的攝像頭內置于透明的玻璃或塑料罩內部。但是，當這種攝像機在晝夜溫差較大時，白天氣溫回暖，而其表面溫度不能隨氣溫的變化而及時變化，會因為罩體外表面溫度相對于外部溫度過低，導致罩體外表面附著一層水霧，從而嚴重影響罩內部的攝像頭的拍攝質量。2)傳統去水霧方法有兩種：一種是通過增加機械結構進行擦拭，另一種是通過加入干燥劑保存相對干燥。以上兩種方法均增加了其復雜性并需要增加維護頻率，對于電力攝像機的運行環境來說并不適用。3)本項目擬通過預判其起霧條件，通過加熱方式起到預防起霧和除水霧的作用。

2 項目研究內容和目的

通過制作裝置實現以下功能：

1)裝置監測球型攝像機外部溫濕度、大氣壓條件；2)裝置檢測球型攝像機外罩殼體表面溫度；3)裝置通過外部的大氣壓、溫度、相對濕度推算出當前條件下的結露露點或霜點溫度；4)裝置比較當前的結露露點溫度與外罩殼體表面溫度，當外罩殼體外面溫度與當前結露露點溫度差值達到預設值時裝置啟動加熱模塊；5)加熱方式：采取兩種加熱方式：通過外部對殼體吹熱風實現對殼體的加熱使其遠離結露溫度，以防止水霧。內部加熱方式：通過內部對殼體內部空間加熱，實現對殼體溫度的改善，遠離結露溫度，避免凝霧。

3 項目技術方案

3.1 改造前現狀

目前并無可使用的產品，起霧后靠環境溫度變化被動緩慢蒸發消霧，導致部分時間段內無法可靠進行監控。

3.2 改造的主要方法及工序

1)硬件原理分析及方案設計；2)硬件選型、采購及組裝；3)功能測試、定值設置的改進；4)使用、安裝方法流程的編制。

3.3 改造初步方案及設計原理圖

改造原理：通過采集球型攝像機周圍環境的溫度、相對濕度、大氣壓與球型攝像機外罩殼體溫度，計算當前環境下的飽和蒸汽壓、結露露點溫度與外罩殼體溫度的差值。達到設定閾值時裝置主控芯片控制加熱模塊對外罩殼體及其內部環境進行加熱，從而達到預防起霧和除水霧的作用。

項目組成員經過研討初步設計三種不同設計方案：

方案一(外部加熱式)：外部加熱模塊包括半導體，冷熱泵，散熱鰭片、風扇以及設定的風道。通電使半導體放熱通過冷熱泵傳導至散熱鰭片，風扇推動附近空氣流動通過散熱鰭片，加熱后的熱空氣通過設定的風道對外罩殼體和其內部空間進行加熱，從而提高其溫度避免起霧，外部加熱式如圖2所示。

方案二(內部加熱式)：內部加熱模塊包括多塊小型硅膠發熱片及溫度傳感器。多塊小型硅膠發熱片可靠固定在殼體內部不影響視域的位置，并在其周圍固定溫度傳感器。工作時，硅膠發熱片通電發熱，改善殼體內部溫度，并通過溫度傳感器監測其發熱溫度，避免溫度過高使外殼變形，內部加熱式設計如圖3所示。

方案三(綜合加熱式)：結合上述兩種方案，采用外部吹風，內部加熱方式，電源考慮采用風電和光伏雙電源供電方式，保證持續供電，另外要對電池進行保溫處理。溫濕度控制參數要能根據實際情況進行調整。

項目組成員經過論證及產品試制，考慮到外部環境惡劣及外部功率損耗大，所以使用內部加熱方案，最大功率低于60 W，最終確定采用方案二。

3.4 內部加熱式裝置控制設計

本裝置設計使用12 V電源，功率設計低，可以使用原電池箱電池供電方式。

具體控制系統設計如圖4所示。

3.5 裝置軟件設計

根據球機外部環境，通過模擬試驗確定起動閥值，利用安裝的溫、濕、氣壓傳感器進行數據判斷，決定是否起動加熱裝置，當低于閥值時自動關閉。

裝置軟件設計流程如圖5所示。

3.6 裝置部分參數

經過模擬試驗及部分實測，裝置部分參數如表1所示。

表1 裝置參數

4 項目創新點

目前并無相關針對性產品，項目方案針對其具體使用環境和其供電環境進行設計，創新性的提出通過計算其結露露點溫度來判斷加熱時機，避免無意義耗電。并選擇半導體制熱放棄電阻絲制熱，提高其加熱效率及安全性。本產品可有效降低球型攝像機凝霧或結霜。

5 結語

本裝置經過多次研討、試制及現場測試，效果較好，有效的降低了球機裸露在自然環境中受到冰霧的干擾，提高了球機監控的質量。本項目是貴州電網打造的省級眾創空間平臺的產物，職工創新一站化服務平臺的建設為職工創新提供了新的項目研發思路和項目全過程管理模式。