電力設備紅外測溫系統(tǒng)的研究與應用
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【中圖分類號】TM835.4
1、系統(tǒng)原理
帶電設備的紅外診斷技術利用帶電設備的致熱效應，采用專用儀器獲取從設備表面發(fā)出的紅外輻射信息，進而判斷設備狀況和缺陷性質的一門綜合技術。紅外檢測技術具有不需停電、遠距離、準確高效等優(yōu)點，克服了定期計劃檢修的盲目性，具有很高的安全性和經(jīng)濟價值。
隨著用電需求的日益增長，變電設備的負荷不斷增高，設備熱缺陷引起的故障及事故也不斷涌現(xiàn)。為了及時有效地發(fā)現(xiàn)設備的熱缺陷，紅外熱成像技術對電氣設備進行狀態(tài)檢測技術發(fā)揮了非常重要的作用。
2、技術特點
?。?）高壓隔離
實現(xiàn)高壓設備在線監(jiān)測，首先要解決高壓隔離問題。一般來說，解決這個問題有兩個途徑：一是通過空間隔離，另一是通過光纖隔離。空間隔離，信號可由光傳送或無線電傳送，本文采用紅外光線進行信號傳送，它具有隔離徹底、結構簡單、抗干擾能力強、工作可靠等特點。而通過光纖隔離存在著沿面放電問題，需要有較長的沿面爬電距離。
?。?）抗干擾措施
高壓開關柜運行在高電壓、大電流的狀態(tài)，系統(tǒng)事故瞬間還出現(xiàn)強烈的電磁暫態(tài)過程，這些都產生強電場、磁場及強電磁干擾，這對于微電子系統(tǒng)及微弱信號處理非常不利。為消除這些干擾，同時采用軟、硬件抗干擾措施，在軟件設計上應用數(shù)字編碼、解碼技術，剔除干擾信號，并使用了軟件濾波技術；在硬件上采用金屬屏蔽，加強各級濾波消除高頻干擾。檢測器與測溫點處于同一電位，減少電場的影響。另外為消除隨機干擾，利用觸頭溫度變化相對緩慢的特點，對檢測點信號反復接收，多次采集，排除異常數(shù)據(jù)以保證數(shù)據(jù)可靠，通過以上綜合措施，整機有了較好的抗干擾能力，測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。
?。?）供電方式
為消除強電場的影響，溫度檢測器與測溫點處同一高電位，檢測器工作電源不能從外部供給，只能由內部產生，為此，在主回路上安裝一電流互感器作為電源。但由于電氣設備工作電流變化很大，一般可達十幾倍，為保證感應線圈能提供較為穩(wěn)定的電源，利用鐵芯磁飽和原理，適當選擇鐵芯截面，小電流時鐵芯正常勵磁，大電流時鐵芯飽和，從而提供了變化幅度較小的電源，再通過電子穩(wěn)壓裝置，向檢測器提供穩(wěn)定可靠的電源。
（4）熱穩(wěn)定性問題
紅外測溫裝置一般安裝在室外，環(huán)境溫度變化幅度較大上，這就要求檢測器有良好的熱穩(wěn)定性。檢測器隨可遠離設備高溫區(qū)，安裝在導電回路溫度較低處（一般可在80℃以下），從而降低了檢測器耐高溫的要求。與此同時選用熱穩(wěn)定性較好的元器件，并在模擬信號通道上合理設置溫度補償，使系統(tǒng)達到較高的熱穩(wěn)定性。
3、影響因素
>測溫環(huán)境
*光線對測量結果有較大影響，要消除太陽光以及燈光的影響，所以現(xiàn)在測溫時間一般選擇在夜間熄燈巡視期間。
*雷、雨、霧、雪及大風的天氣里也不適宜進行測溫。
*不同環(huán)境溫度時（尤其是冬天和夏天）測溫結果會有很大的不同，因此在同一時間段里應盡量選擇氣溫較恒定的日子進行測溫。
>測溫人員
不同的測溫人員紅外基礎知識和儀器的使用等掌握程度不同將影響檢測結果。而每個人的測溫習慣不～樣，所選取的設備部位以及測量距離都有所不同，在電氣設備運行狀態(tài)管理中，經(jīng)常需要把同組設備相同部位在不同時期檢測的結果進行比較，以便掌握設備運行狀況及故障隱患的發(fā)展變化情況。所以，檢測時應盡可能保障位置固定、高度相同、和攝像角度一樣，這樣才可保證不同時期的檢測結果具有可比性，應盡量安排固定人員測量固定的設備。
>被測設備
電氣設備在不同負荷的運行條件下發(fā)熱量也是不同的，被測設備是否在額定電壓和額定負荷下運行及運行時間的長短都將影響檢測結果。
>檢測周期
紅外測溫的周期包括周期普測和特巡點測兩類。周期普測是指有計劃、有組織和全面性的紅外檢測。特巡點測是對普查中分離出的異常部位，開展監(jiān)測，直到消除隱患，檢驗合格。
4、總結及展望
隨著紅外成像設備應用的普及推廣，其對電力設備故障查找發(fā)揮了較大的作用。紅外成像設備不僅可以找出發(fā)熱部位，還可測出發(fā)熱點的溫度數(shù)據(jù)，而且圖像直觀，數(shù)據(jù)可靠。但并非所有發(fā)熱的部位都為故障，因為許多部件在設計制造時就考慮到發(fā)熱問題，如發(fā)電機、變壓器、隔離開關、斷路器等設備的有些部件在工作時會發(fā)熱，而且允許有一定的溫升范圍。
本系統(tǒng)具有紅外測溫功能的遠程圖像監(jiān)控功能，實現(xiàn)了對電氣設備的可見光圖像和熱狀態(tài)信息的遠程、實時、在線監(jiān)測，具有較高的經(jīng)濟效益和工程實際應用價值。在該系統(tǒng)中，監(jiān)視人員可以根據(jù)激光瞄準發(fā)射出的顯示在圖像監(jiān)控畫面上的光斑，準備地定位被測設備，并對其進行遠程紅外溫度測量；圖像存儲功能可將被測設備的圖像信息和溫度信息進行存儲，為故障分析和故障診斷提供直觀而可靠的歷史數(shù)據(jù)：還可將感興趣的溫度測量結果以曲線的形式直觀地表現(xiàn)出來，既提高了故障檢測的效率，又減少了紅外檢測的工作量。此外，根據(jù)紅外基本理論，構建符合系統(tǒng)要求的測溫模型，通過仿真計算，詳盡分析了影響測溫精度的主要因素。通過大量的溫度測量實驗，可完善了紅外測溫模型和紅外測溫儀的性能參數(shù)。
展望雖然紅外成像系統(tǒng)在電力設備方面取得很大的應用，仍需進一步的開發(fā)空間和大量的完善工作。有下列工作需要完成：
?。?）紅外監(jiān)控應用于電力系統(tǒng)還存在一定的局限性，最主要的是對于油箱內的故障幾乎不能快速反應，只能通過設備表面的溫度異常間接判斷，因此紅外測溫儀對于內部故障的診斷，對故障原因及機理的判斷尚有待于加強。
?。?）采用NIPCI系列數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集卡和紅外測溫儀，在本系統(tǒng)理論的基礎上，研究開發(fā)高精度的監(jiān)測系統(tǒng)。
（3）紅外視頻一體機的云臺控制與視頻、紅外的坐標關聯(lián)尚需改進，以達到所見即所得的目的，使監(jiān)控更加直觀。監(jiān)控系統(tǒng)的紅外數(shù)據(jù)與視頻信號的融合尚待改進，雖然本系統(tǒng)實現(xiàn)了視頻信號和紅外溫度信號的切換，但是仍然不夠直觀，界面操作也有一些繁瑣。軟件的實用性有待于進一步提高。
（4）系統(tǒng)應進一步適應網(wǎng)絡化的需要，增強系統(tǒng)的網(wǎng)絡控制功能。隨著網(wǎng)絡化的進一步深入，監(jiān)控系統(tǒng)于網(wǎng)絡的融合必將是今后發(fā)展的方向。
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