針對當(dāng)前輸電線路溫度檢測的薄弱環(huán)節(jié)設(shè)計了一種新型基于GPRS

1、. 針對當(dāng)前輸電線路溫度檢測的薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)計了一種新型基于GPRS傳輸?shù)妮旊娋€路紅外熱像檢測的設(shè)計方案。重點闡述了該系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能以及各部分組成，主要包括硬件和軟件方面設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)選用紅外攝像檢測技術(shù)獲得紅外攝像圖，并結(jié)合GPRS無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)了對輸電線路溫度實時在線的監(jiān)測?，F(xiàn)場運行試驗表明，該系統(tǒng)較好地實現(xiàn)了對輸電線路的重要部位實時或定時的紅外熱圖像故障檢測，各項技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到設(shè)計要求。0 引言近年來，供電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日趨科學(xué)化，國家對電力系統(tǒng)供電可靠性、安全性的問題日益突出。紅外熱像測溫技術(shù)在電力工業(yè)設(shè)備狀態(tài)檢測領(lǐng)域得到了越來越寬泛的應(yīng)用。

2、但紅外熱像圖數(shù)據(jù)的大容量與傳輸方式有限性之間的矛盾也越來越突出，而發(fā)展到目前中國移動強大的GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)為這一問題提供了很好的解決方案。因此，研究輸電線路紅外熱像在線測溫是一項迫切的任務(wù)。目前，輸電線路監(jiān)測已經(jīng)有所發(fā)展，并且日趨完善。在輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中用到紅外測溫診斷技術(shù)是一種先進(jìn)的故障檢測手段，具有遠(yuǎn)距離、不停電、不接觸、不解體等特點。系統(tǒng)中重要的前端紅外設(shè)備為紅外熱像儀。紅外熱像儀通過檢測被診斷物體的紅外輻射信號獲得熱狀態(tài)特征，并根據(jù)這種熱狀態(tài)特征及適當(dāng)?shù)呐袚?jù)，做出有無故障及故障屬性、出現(xiàn)位置和嚴(yán)重程度等判別。單有紅外熱像儀都無法實現(xiàn)長距離無線檢測，如果利用已有的GPRS無線通

3、信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)熱像圖數(shù)據(jù)的傳輸，具有覆蓋面廣，無需增加傳輸設(shè)備和線路的特點，特別適用于無法架設(shè)線路的偏遠(yuǎn)地域的輸電線路場合。1 系統(tǒng)整體的設(shè)計結(jié)構(gòu)11 系統(tǒng)的工作原理輸電線路現(xiàn)場的采集終端設(shè)計安裝了高精度紅外熱像儀，對準(zhǔn)需要進(jìn)行溫度監(jiān)測的電氣設(shè)備。前端系統(tǒng)定時的采集到各種重要電氣設(shè)備有關(guān)溫度分布的熱像圖后將數(shù)據(jù)傳送給電路系統(tǒng)，電路系統(tǒng)經(jīng)過分析處理后將熱像圖進(jìn)行壓縮和打包處理，然后通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的方式發(fā)送到監(jiān)控中心的計算機數(shù)據(jù)服務(wù)器上。數(shù)據(jù)服務(wù)器安裝相應(yīng)的應(yīng)用軟件程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動處理，主要完成熱像圖的接收與解壓還原，之后以圖像和圖形的形式將各種電氣設(shè)備的溫度分布情況直觀地顯示在客戶端，不同溫

4、度以不同顏色顯示。系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)軟件系統(tǒng)和各種修正理論模型分析各種電氣設(shè)備存在的熱缺陷和故障狀態(tài)，及時給出診斷信息，有效預(yù)防輸電線路高溫?zé)峁收系陌l(fā)生。系統(tǒng)集成了輸電線路溫度分布的在線紅外熱像監(jiān)測的各種功能模塊，并借助GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)了對輸電線路溫度狀態(tài)的監(jiān)測。12 系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)整個系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要分為監(jiān)測前端、無線通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心三部分。監(jiān)測前端硬件主要由主控制模塊、圖像采集模塊、圖像壓縮模塊以及紅外報警模塊五部分組成。監(jiān)測前端的圖像采集與壓縮模塊是系統(tǒng)的基礎(chǔ)與前提，其結(jié)構(gòu)和性能直接決定了整個系統(tǒng)性能的好壞。圖像采集與壓縮終端包括以圖像采集芯片處理器為核心的圖像采

5、集與JPEG壓縮部分以及紅外報警部分。主要實現(xiàn)輸電線路現(xiàn)場原始圖像的采集和壓縮，這些功能都由相應(yīng)的軟件支持系統(tǒng)來實現(xiàn)。圖像采集部分由視頻AD芯片實現(xiàn)模擬圖像的數(shù)字化轉(zhuǎn)換，使用專用芯片實現(xiàn)JPEG圖像壓縮編碼。紅外報警部分實現(xiàn)輸電線路溫度出現(xiàn)異常狀況的報警功能。無線通信網(wǎng)絡(luò)部分由專用GPRS模塊實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，它與圖像采集部分的接口是通用異步串行接口(UART)。監(jiān)控中心即監(jiān)控中心計算機數(shù)據(jù)服務(wù)器與前端硬件系統(tǒng)起著承上啟下的作用。其結(jié)構(gòu)框圖如1所示。 13 監(jiān)測前端硬件整體設(shè)計監(jiān)測前端主要完成對數(shù)據(jù)的采集、打包和傳輸?shù)?。監(jiān)測前端采集溫度數(shù)據(jù)，并通過對現(xiàn)場圖像的采集，更進(jìn)一步確認(rèn)導(dǎo)線的狀況。監(jiān)測

6、終端設(shè)備安裝在野外，取電困難，所以選用太陽能加蓄電池的供電。監(jiān)測前端的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。根據(jù)實際的需要，監(jiān)測前端的微控器選用了基于ARM7內(nèi)核RISC結(jié)構(gòu)的LPC2368微處理器。它是一個支持實時仿真的32位ARM7TDMI-S CPU，并帶有512 KB嵌入的高速FLASH存儲器，且具有在系統(tǒng)編程(ISP)和在應(yīng)用編程(IAP)的功能。控制器管理太陽能電池板對蓄電池的充電，并保證蓄電池對系統(tǒng)供電電路的放電。供電電路將蓄電池的電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)各部件電源所需的電壓。圖像采集模塊將攝像機拍攝的圖片壓縮為壓縮比適中的JPG格式，以適應(yīng)無線網(wǎng)絡(luò)窄帶傳輸?shù)男枰?。無線通信模塊采用內(nèi)嵌TCPI協(xié)議的MC5

7、5，連接監(jiān)控中心與監(jiān)控終端，以實現(xiàn)它們之間的通信。JTAG接口可用于對LPC2368內(nèi)部的所有部件進(jìn)行訪問，通過該接口可對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、編程等。此外，還有存儲單元，看門狗單元以及時鐘電路等外圍電路。 為了滿足系統(tǒng)低功耗的要求，采用了一系列降低系統(tǒng)功耗的措施，如選擇低功耗元件、合理利用外圍設(shè)備的睡眠模式、分時供電等一系列低功耗措施，給功耗較大傳感器加上開關(guān)電路，在不用的時候關(guān)閉電源，以達(dá)到節(jié)電的目的。而且，圖像采集模塊，攝像機等部件的功耗較大，均加上了開關(guān)電路，確保系統(tǒng)在無光照情況下可以長時間工作。14 監(jiān)測中心即監(jiān)控中心計算機數(shù)據(jù)服務(wù)器監(jiān)控中心計算機數(shù)據(jù)服務(wù)器也包括硬件和軟件部分，硬件為一臺能

8、接入Internet的計算機，軟件為監(jiān)控程序，電腦的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為公網(wǎng)、動態(tài)IP。本系統(tǒng)將服務(wù)器和監(jiān)控中心端放到一臺計算機上，以節(jié)約硬件和網(wǎng)絡(luò)資源。監(jiān)測中心主要功能：系統(tǒng)在用戶計算機上實現(xiàn)和運行并將相關(guān)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。主要完成對各個監(jiān)測點數(shù)據(jù)的收集，并將系統(tǒng)中心端的相關(guān)配置信息、設(shè)置狀態(tài)信息和環(huán)境數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。具體來說有如下功能：(1)顯示功能：包括溫度傳感器采集數(shù)據(jù)、紅外熱像監(jiān)控器熱像圖的顯示、歷史值的顯示和按照時間顯示數(shù)據(jù)等；(2)存儲功能：實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、運行記錄、當(dāng)前狀態(tài)的儲存；(3)整理功能：對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，刪除選定的歷史數(shù)據(jù)文件，刪除某段時間以

9、前的歷史數(shù)據(jù)。(4)打印報表：選定日期和報表類型，即可打印。2 系統(tǒng)總體軟件結(jié)構(gòu)軟件系統(tǒng)包括前端圖像采集與傳輸終端軟件及監(jiān)控中心端軟件。21 前端軟件的設(shè)計前端硬件內(nèi)嵌COS-實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。COS-是一個源碼公開、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，適合小型控制系統(tǒng)。在實際的應(yīng)用中，先將實時多任務(wù)操作系統(tǒng)COS-移植到LPC2368中，并根據(jù)所需完成的功能和需求，將系統(tǒng)劃分為7個任務(wù)：看門狗任務(wù)、系統(tǒng)初始化任務(wù)、氣象數(shù)據(jù)采集任務(wù)、圖像采集任務(wù)、短消息處理任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)消息處理任務(wù)及數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)。為了保證系統(tǒng)的實時性，設(shè)定了合理的任務(wù)優(yōu)先級，并通過在各中斷中發(fā)送信號量運行相應(yīng)的

10、任務(wù)。軟件流程圖如圖3所示。 22 監(jiān)控中心軟件監(jiān)控中心軟件負(fù)責(zé)指揮控制系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，完成監(jiān)控和管理功能，還要與前端硬件進(jìn)行通信，完成對采集到數(shù)據(jù)的分類存儲、處理及預(yù)警，根據(jù)制定的通信協(xié)議對前端進(jìn)行控制，對前端系統(tǒng)軟件在線升級。監(jiān)控中心軟件主要設(shè)計為三個部分：圖形監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲及處理和網(wǎng)絡(luò)通信。圖形監(jiān)控部分負(fù)責(zé)對采集的圖片進(jìn)行顯示；數(shù)據(jù)處理部分對采集的數(shù)據(jù)按照覆冰模型算法進(jìn)行計算，顯示計算結(jié)果，提供報警信息，并存儲數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)通信部分主要負(fù)責(zé)與終端的通信，接收終端分機數(shù)據(jù)，并控制終端。此外，監(jiān)控中心軟件還提供數(shù)據(jù)查詢、分析、打印，曲線顯示，客戶機有權(quán)限的鏈接查詢等功能。監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)是本系統(tǒng)的重

11、要組成模塊，它可以分析輸電線路中各種電氣設(shè)備表面的溫度分布、升溫狀況和發(fā)熱規(guī)律，進(jìn)一步分析各種電氣設(shè)備存在的熱缺陷和故障狀態(tài)，及時給出診斷信息；可以根據(jù)相關(guān)算法公式來分析所測的數(shù)據(jù)，利用趨勢分析技術(shù)可以模擬地分析出輸電線路環(huán)境溫度及溫度分布發(fā)展趨勢，綜合反映輸電線路的安全狀況，通過監(jiān)測特定地區(qū)輸電線路環(huán)境溫度、輸電線路溫度分布的紅外熱圖像等信息來估算該地區(qū)線路高溫事故發(fā)生的臨界條件，監(jiān)測輸電線路紅外熱圖像數(shù)據(jù)來掌握線路事故的實時信息，且系統(tǒng)可以同時與歷史數(shù)據(jù)對比，指導(dǎo)檢修或發(fā)出預(yù)警信號。3 結(jié)語基于紅外熱像技術(shù)的輸電線路在線測溫系統(tǒng)是為了滿足電力系統(tǒng)在當(dāng)前的監(jiān)控手段不能滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)輸電線路監(jiān)控現(xiàn)場復(fù)雜多變的狀況，而需要安裝監(jiān)控設(shè)備的一些特殊要求作為當(dāng)前監(jiān)控手段的一種必須的補充而研究和設(shè)計的。對輸電線路溫度分布狀況進(jìn)行實時紅外熱像在線監(jiān)測，深入研究輸電線路運行現(xiàn)狀與故障特性，建立數(shù)據(jù)監(jiān)測模型，利用輸電線路紅外熱像在線測溫系統(tǒng)來確定輸電線路的安全情況，及時給出高溫?zé)峁收项A(yù)報信息，對于有效輸電線路溫度超標(biāo)的發(fā)生，保障現(xiàn)有輸電線路的