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红外成像测温技术在变电站设备中的应用摘要：为了避免输送电力资源的设备，如传输线缆、变压器、高压开关等由于连接部分过热而 发生损坏事故，研制了一种无线测温系统，用于检测高压设备器件的运行情况，及时消除安全隐 患。关键词：无线测温系统；高压电气设备；温度传感器；无线温度检测器目录引言11 .什么是红外成像测温技术21. 1.红外诊断技术22. 2.红外热成像技术22 .无线测温系统结构分析32. 1.概述33. 2.温度传感器34. 3.无线温度检测器35. 4.实时温度检测软件系统43 .无线测温系统的技术优势及适用范围44 .红外成像测温技术应用效益明显45 .远程红外测温视频监控系统56 .温度在线监测系统组成66. 1.概述67. 2.应用场所68. 3.系统结构79. 4.系统功能710. 5.系统硬件配置107 .无线测温系统的应用实例128 .我局如何开展红外成像测温工作139 .结束语14引言近年来随着电子设备的广泛应用，企业在生产过程中使用的电力负荷也随之加重，经常会发生 因负载过多而导致电路设备烧毁的情况，对企业造成不小的财产损失。为有效检测设备运行时的温 度变化状况，研制了一种无线测温系统，利用温度传感器与无线传输系统相结合的方法，达到实时 监测设备温度变化的目的。随着电力工业向着大机组、大容量与高电压供电的方向迅速发展，保证供电系统的安全运行和 保隙电力设备时刻处于稳定良好的状态，成了电力管理的突出问题。由于电力设备的热效应是多种 故障和异常现象的重要原因，因此对电力设备的温度进行密切监测，是保障电力设备运行可靠的必 备手段。变电站作为电力系统运行的关键环节，对其在线实时监控具有重要的意义，热像仪应用的 安全效益十分明显。L什么是红外成像测温技术1.1.红外诊断技术变电设备是电力系统的枢纽，其运行状态直接决定电力系统的安全和效益，红外诊断技术已成 为状态检修的有效手段。任何有一定温度的物体，都会以电磁波的形式向外界辐射能量。所辐射能 量的大小与该物体的热力学温度的四次方成正比。利用这个原理制成的红外点温仪，无需与物体接 触，属于非接触式测量。红外测温技术是利用红外探测技术获取设备的红外辐射状态的热信息，然后转换成温度进行显 示的技术，它能测量设备表面上某点周围确定面积的平均温度，以温度高低来判断其工作状态的正 常与否。红外测温系统的组成如图1所示，设备的红外辐射通过大气传输到红外测温仪，测温仪中 的光学系统将设备辐射的能量汇聚到探测器上，探测器将入射的辐射转换成为电信号，经过信号处 理后显示出来。在运行中的高压电气设备上运用红外测温方法比传统接触式测温有利之处较多。1. 2.红外热成像技术红外热成像技术是通过对电气设备表面温度及其分布的测试、分析和判断，可以准确地发现电 气设备运行中的异常和缺陷，从而使部分事故检修转为预见性检修。应用红外测温仪和热成像仪等 诊断技术可实现设备运行状态时远距离、不停电、不接触、不取样、不解体的情况下，检测出设备 故障引起的异常红外辐射和温度，有效的判断设备存在的外部缺陷和内部缺陷，从而实现故障隐患 的提早发现并及时进行处理，给电力系统线路状态监测提供了一种先进手段。红外热成像仪的功能及优势：(1)通过对设备表面温度分布的测量，可以分析设备内部热损耗部位和性质，从而判断该设备的 健康状态。热点温度直观显示，热图像清晰，能储存和打印。(2)具有定性成像与定量测量的双重功能，并有较高空间分辨率和温度分辨率，能够辨别很小的 温差。实时热图像能够清晰显示在屏幕上，为建立热图像数据库提供了条件，实现了图像采集、储 存、分析于一体的功能。(3)用红外热成像仪检测设备，属于远距离非接触式的扫描巡检，可以保证人身设备的安全。(4)红外热成像仪检测设备，如同用摄像机录像，能够快速的对大面积的设备进行检测，能够准 确、直观的发现与运行电压、电流有关的设备缺陷，还可对缺陷的性质、位置、程度做出定性、定 量的判断。2.无线测温系统结构分析2.1. 概述无线测温系统由两部分组成：1)一部分是实时监测温度的硬件结构，即温度传感器；2)另一部分是传输并显示检测结果的结构。本研究将其集成在温度检测器中。温度传感器一般位于高压开关柜、电缆接头、保险丝等接口处， 为保证测量精度，传感器与被测点一般处于同一电位，然后通过无线传输技术将所得数据传输并显 示到控制分析器件中。为保证该测温系统的用电安全，高压工作部分与低压工作部分应实现电气隔 离，以免发生漏电等事故。温度接收装置一般安装在工作器件的外表面，并设置有多个通道，以实 现对多个位置的实时监测和数据处理，之后将接收器收到的数据通过串口或者并口数据线传输到计 算机中，由事先编辑好的程序进行分析和处理。2. 2.温度传感器温度传感器的主要功能是将温度信号转变为电信号，常用的有Pt-IOO热电阻温度传感器，测 量精度为0.1。无线温度传感器除温度检测元件外，还包括供电电源、测量电路、逻辑控制电路 以及一定频率下的无线通信电路，温度传感器要与被测物体表面紧密接触。为了适应高温工作环 境，无线温度传感器通常要用高温高压的热缩管进行封装，还要具备一定的防水防尘能力，以满足 长时间工作需求。由于无线温度检测系统的工作空间一般都比较小，因此在封装时应尽量减小其体 积，以适应工作环境。在使用温度传感器时，可利用耐高温的尼龙丝或粘贴的方法将已经封装好的温度检测器固定于 物体表面，但要注意保持接触的紧密度，以减少测量误差。温度传感器应有比较宽的线性工作范 围，一般选择55130C的传感器，对于不同的工作环境，应根据精度和误差要求进行选择。2. 3.无线温度检测器无线温度检测器有多个接收通道，可同时对来自多个位置的测量数据进行处理并显示。检测器 中设置有阈值判定模块和故隙处理模块，工作人员事先设定一个安全范围，检测器在接收到数据之 后与设定阈值进行对比，一旦发现温度高于阈值就转入故障处理模块，检测器显示屏上会输出警告 字样，同时输出一系列高低电平以驱动报警指示灯和音响工作。2. 4.实时温度检测软件系统为降低工作人员的工作量，技术人员设计开发了与上述无线温度检测系统相匹配的实时温度检 测软件，以实现数据分析和处理。该软件安装于与无线温度检测系统相连接的计算机上，具备温度 显示功能、数据存储功能、历史数据分析对比功能、故障警示功能和设备运行状态分析功能，可以 帮助技术人员处理海量数据，提炼有用信息，对各个设备温度的变化情况进行对比和分析，及时汇 报异常状态，保证各个设备的安全运行。同时，该软件还具有强大的数学计算功能和可视化能力， 可以将一段时间内的数据以曲线图的方式展示，并标注其中的异常点，提醒维修人员检查。3 .无线测温系统的技术优势及适用范围无线测温系统的通信频段一搬设置为232.5GHz,处于高频波段，抗干扰能力强。通信技术 选择ZigBee技术，适用于短距离通信，使用复杂度较低，具有低功耗、低成本的优点，实时处理 能力强。温度传感器中安装有天线，可以保证通信效率，体积较小，便于安装和使用，内部采用锂 电池供电，使用寿命长。传感器使用二进制编码，处理分析方便。温度传感器在使用时应用无线传输技术，不需外接数据线，系统安全性能高，漏电风险小。由 于温度传感器在信息传输时不需要使用外部数据线，因此不会受到温度、湿度、灰尘、振动等的影 响，数据传输稳定性高，抗干扰能力强。温度传感器与计算机连接并通过计算机中的软件对检测数 据进行处理和分析，具有良好的实时性，同时还可节省人力资源，提高工作效率。与传统的红外测 温传感器相比，本研究提出的无线测温系统不需要人工进行操作，受周围环境、设备构造的影响比 较小，测量精度比较高。目前研制的无线测温系统工作范围为35 kV以下高压开关、继电器以及多种接触点，地下电缆 的检测电压为IlOkV,在使用时要注意工作电压的限制。4 .红外成像测温技术应用效益明显变电站的设备巡视是运行人员每天进行的一项重要工作，其手段方法一般为通过目测、耳听和 鼻嗅等来了解设备的运行情况，其中以目测为主。但目测的方法有着很大的局限性，对一些有发展 性的缺陷，特别是设备内部缺陷，要到设备发热到一定程度后才能被发现，这样不但给设备缺陷的 及时发现和处理造成延误，而且可能会对运行设备造成不同程度的损坏。在变电站设备巡视中利用 红外成像测温技术能在很大程度上提高运行人员发现缺陷的能力，特别是在政治保电、重大节假 日、迎峰度夏期间对保证我局安全可靠供电起到了积极的预防作用。我部配备的红外成像仪在日常的巡视中，能很清晰地显示设备的温度场，对设备的整体发热情 况作很直观的观察，对同一设备的不同点温度的异常也能很快发现，它具有稳定、可靠、测温迅 速、分辨率高、直观、不受电磁干扰以及信息采集、存储、处理和分析方便等优点，具有点温仪不 可替代的优点。但红外成像仪也存在重量较大、使用不方便和价格贵等缺点，因此红外成像仪要作 为运行人员日常巡视的必备工具还不够现实，但它在每季度的设备查评、定期的设备夜间检查或在 特殊时期的检查(如电网迎峰度夏或高峰负荷时)中使用，能收到相当明显的效果。在使用过程中，我们有如下体会：操作简单，设备温度巡视直观方便。有的红外热成像仪机身轻巧，比如ThermaCAMTME2 连电池才0.7kg,携带和使用起来非常方便；采用液晶动态显示方式，实时显示扫描的设备温度图 象；运用菜单操作模式，人机界面友好，操作简单；还可通过通信口，将图象信息传输到计算机， 利用计算机对温度图象进行后台处理。(2)以扫描方式探测设备温度，取代逐点测量模式，极大提高工作效率。E2红外热成像仪采用 图象扫描的工作方式，可同时测量扫描范围内所有设备的温度，并且可以通过设置，对扫描范围内 超过允许温度值进行报警，利用此机对变电站进行巡视，一座变电站只需十几分钟到半个小时即可 完成所有设备的温度初步测量。(3)通过扫描方式测温，使得对变电站设备温度的重点测量转为全面测量成为可能。由于其扫描 温度的工作特点，E2红外热成像仪可以实现对设备温度的全面测量，不仅设备接头部分可以全部 测量，设备器身如变压器、断路器、瓷瓶等均可进行测量。(4)由于测温效率的提高，从而使设备测温频率提高，设备温度情况掌握更为及时。采用E2 后，实现了巡视设备的同时测量设备温度，使得设备温度测量频率与设备巡视频率实现了同步，设 备温度情况掌握及时性大为提高，使用以来未发生一起因设备过温造成的事故。(5)通过温度图象，使设备故障分析成为可能。E2测量的设备温度图象，由于其温度信息丰 富，可以观测到设备各点的温度分布。通过温度分布信息，可以探测设备内部故隙，实现设备故隙 分析。5 .远程红外测温视频监控系统远程红外测温视频监控系统由摄像机、数字云台、红外测温仪、网络视频服务器、交换机、网 络通道、监控软件及监控终端等组成。本系统的最大特点是在普通的远程视频监控系统中加入高精 度的数字云台和红外测温仪，组成了视频、温度远程自动检测系统。系统将自动保存每次温度巡检 的记录，并可同时进行视频录像。一旦系统检测到温度异常(即超出高低温度区间设置)就会通过监 控屏幕的闪烁和报警声音提示监控工作人员有异常产生。显示、报警、预置、记录查询等都在监控 中心实现。这样，即保证了测量的及时性，又减轻了人力、物力的消耗。变电站红外与视频监控系统可以定时定点对变电站预置各测量点（每套前端采集装置最多可以 设置56个测量点）每天自动进行数次温度和图像扫描，通过网络实日寸将各点温度、图像上传并存 储于监控主机，同时能够在温度越限后自动报警，提高了变电站变电设备温度、视频监测的智能 化、信息化，网络化水平。在实现变电站自动化系统综