論高壓配電設(shè)備紅外在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

第1章緒論體發(fā)出的不可見紅外熱輻射轉(zhuǎn)化為可見紅外熱像。是目前最主要的紅外熱像測溫儀1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1960年代中期，瑞典國家電力部門在歐洲率先將紅外檢測技術(shù)應(yīng)用于電力故障檢測領(lǐng)域，成功地進(jìn)行了電力設(shè)備故障診斷與分析。1970年代，國外工程師將術(shù)在電力設(shè)備檢測中的投入成本與節(jié)省的維護(hù)成本和設(shè)備損耗成本之比為1:27。1990年電力設(shè)備故障紅外檢測技術(shù)研究得到國際大電網(wǎng)會議的大力支持。認(rèn)為在電實時搶修。2003年，美國minimax公司宣布其生產(chǎn)的遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)將統(tǒng)一采用1.2.2國內(nèi)紅外技術(shù)檢測應(yīng)用現(xiàn)狀1970年代初，我國開始在電力設(shè)備檢測領(lǐng)域研究紅外檢測技術(shù)。其中，電氣設(shè)備的連接器是最早的檢測對象，采用的是我國研制的紅外測溫儀。80年代中期電線路上進(jìn)行了大范圍的試驗。90年代以后，各電力科研院所(所)、省(市)電積累了更多的現(xiàn)場檢測經(jīng)驗。現(xiàn)場紅外檢測范圍目標(biāo)寬度不足等檢測局限性；1995年，邯診斷，綜合結(jié)合幾個例子進(jìn)行分析；1997年，西北電力試驗研究院對200多只變壓過熱、缺油等缺陷；2001年國內(nèi)學(xué)者研究了紅外電力設(shè)備診斷技術(shù)對運行環(huán)境的要障的外觀紅外熱像的基本特征，以及各種設(shè)備各種故障的大量典型紅外光譜圖和溫度。裝備變化規(guī)律。加快制定紅外檢測相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。2008年我們頒布了帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范(DL/t664-2008),是對帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 (DL/t664-1999)的改進(jìn)版1999年，從而迅速提升紅外檢測技術(shù)在電力設(shè)備故障檢1.3本文的主要研究內(nèi)容和主要工作級在110KV以上的室外配電設(shè)備的觸點、電壓等級為6～6的戶內(nèi)配電箱內(nèi)的觸點。第2章紅外檢測技術(shù)相關(guān)原理分析2.1紅外輻射的基本規(guī)律2.2紅外探測儀器單色溫度計和比色溫度計。便攜式溫度計易于攜帶。除了用于電力設(shè)備檢測外，在生活中也經(jīng)常使用。在線溫度計可以長時間測量溫度，多用于設(shè)備關(guān)鍵點的在線監(jiān)測。掃描式溫度計是溫度計和掃描式云臺的組合，可實現(xiàn)測溫角度和位置的轉(zhuǎn)換。2.2.2紅外熱像儀紅外熱像儀是一種能夠進(jìn)行二維成像的紅外測溫系統(tǒng)。最早應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。它掌握了紅外成像技術(shù)，即掌握了夜間作戰(zhàn)的主動權(quán)。隨著時代的進(jìn)步，民用紅外測溫儀已廣泛應(yīng)用于生活的方方面面。其中，紅外熱像儀在電力設(shè)備溫度監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。紅外熱像儀可以快速有效地測量物體表面的實時溫度，穩(wěn)定、高效、可靠，不受表面溫度分布不均的大面積目標(biāo)的表面溫度場；另一種是快速確定有限區(qū)域內(nèi)的熱點或過熱區(qū)域。由于這兩個優(yōu)點，雖然紅外熱像儀功耗大、價格高，但它仍然是電力系統(tǒng)中必不可少的紅外測溫儀器。紅外熱像儀由光學(xué)成像物鏡、光學(xué)掃描機構(gòu)、紅外探測器、前置放大器、視頻信號預(yù)處理電路、顯示記錄系統(tǒng)和外圍輔助設(shè)備組成[24]。通過非接觸式檢測，紅外熱像儀通過光學(xué)系統(tǒng)和掃描系統(tǒng)將被測物體表面的紅外熱量成像在紅外探測器上，探測器將其轉(zhuǎn)換成熱像和溫度值的視頻信號。視頻信號經(jīng)過放大處理后送至終端顯示器，形成目標(biāo)物體表面溫度分布的二維熱像。圖像中每個點的灰度值對應(yīng)于被測目標(biāo)上該點發(fā)出并到達(dá)紅外探測器的輻射能量。通過計算，可以從紅外熱像中讀出被測物體表面各點的溫度值。第3章配網(wǎng)設(shè)備紅外在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計圖3-1系統(tǒng)整體框架圖電力變壓器。由于對電氣絕緣距離的要求較高，必須使用距離系數(shù)比大的溫度計。同時，測溫點多而密。如果采用單點測溫，成本高，安裝難度大。采用掃描測溫，只需一個測溫儀和一個云臺即可完成多點測溫，降低成本。云臺根據(jù)程序指令選擇相應(yīng)的定位點，擴大了測溫儀的視野。因此，從某種意義上說，它起到了將一個溫度計變成多個溫度計的作用。以上兩種方式可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境靈活選擇。圖3-2使用掃描監(jiān)控系統(tǒng)顯示計算機主機的掃描溫度。圖3-2掃描監(jiān)測系統(tǒng)實物圖3.2紅外測溫儀的選擇(1)距離系數(shù)比是紅外測溫儀的一個關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。它是紅外測溫儀鏡頭到被測目標(biāo)的水平距離與被測目標(biāo)直徑的比值。如以下公式所示：S——目標(biāo)直徑；為公式(3-1)計算尺寸的1.5倍。本文根據(jù)現(xiàn)場需要計算距離系數(shù)。系統(tǒng)選用距離系數(shù)為20:1和200:1的點式溫度計。開關(guān)柜單點監(jiān)控系統(tǒng)采用距離系數(shù)比為20:1(2)工作波段(3)發(fā)射率設(shè)置影響。因此，紅外測溫儀必須具有調(diào)節(jié)發(fā)射率的功能。(4)瞄準(zhǔn)方式準(zhǔn)定位。紅外測溫儀有兩種瞄準(zhǔn)方式：光學(xué)聚焦瞄準(zhǔn)定位和激光瞄準(zhǔn)定位。該系統(tǒng)(5)響應(yīng)時間的時間。系統(tǒng)選用的紅外測溫儀響應(yīng)時間小于300ms,滿足快速測量要求。(6)數(shù)據(jù)傳輸通訊設(shè)備溫度計一般采用RS-485串行接口。通過一個RS232/RS-485轉(zhuǎn)Zi可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線通信能力。工人可通過工控機遠(yuǎn)程控制紅外測溫儀，將溫(7)保護(hù)選件測溫儀受自然環(huán)境和氣候條件影響較大。需要根據(jù)實際室外環(huán)境采取相應(yīng)的保護(hù)方案，否則可能會降低測量精度甚至損壞儀器。戶外保養(yǎng)主要是清潔鏡片表面。當(dāng)鏡片表面有灰塵等污垢時，會影響紅外輻射的透過率；另一個重要的維護(hù)是防水。只3.2.2所選紅外測溫儀參數(shù)本系統(tǒng)使用的紅外點溫儀為采購的相應(yīng)設(shè)備，具體型號如型號測溫范圍距離系數(shù)通信方式紅外點溫儀-30°~+300電源方式測量精度滿量程的1%±2℃最小測量距離響應(yīng)波長8-14微米響應(yīng)時間小于300毫秒輻射率0.1-1.0可調(diào)工作環(huán)境3.3云臺云臺是系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。由于紅外測溫儀和監(jiān)控攝像機的掃描軌跡和速度由手動控制水平速度：0.12°-240°/s手動控制垂直速度：0.12°-120°/s垂直掃描范圍：0°-90°正因機械磨損引起的預(yù)置位偏差，從而保證預(yù)置位的長期精度。同時，云臺3.3.2云臺解碼與控制本系統(tǒng)云臺解碼器硬件部分采用雙處理器，軟件采用自主研發(fā)的處理和控制算3.4ZigBee無線通信無線通信模塊采用ZigBee。根據(jù)IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，實機制使節(jié)點能夠在發(fā)送前監(jiān)聽信道，避免干擾。ZigBee采用128位高級加密算法(AES),確保數(shù)據(jù)安全。用RS232接口。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的無線通訊，需要安裝RS232/485轉(zhuǎn)ZigBee模換通訊方式。上位機接口安裝ZigBee模塊(RS232接口),設(shè)置為協(xié)調(diào)器，波特率為9600。在各電力設(shè)備監(jiān)控點的溫度計上安裝RS485轉(zhuǎn)ZigBee模塊，設(shè)置為匯節(jié)點，波特率速率為9600,配置ZigBee軟件后，無需更改上位機軟件即可使用。人人3.5系統(tǒng)模塊連接本套高壓設(shè)備紅外在線監(jiān)控系統(tǒng)硬件連接為：將購買的紅外點溫儀安裝在云臺部分安裝RS485轉(zhuǎn)ZigBee模塊，同時在監(jiān)控中 (RS232接口),因為紅外點式溫度計的數(shù)量是根據(jù)需要確定的。要測試的電力設(shè)備的數(shù)量。將監(jiān)控中心的ZigBee模塊設(shè)置為協(xié)調(diào)器，將安裝在紅外測溫儀上的ZigBee模塊設(shè)置為宿節(jié)點，將上述波特率設(shè)置為相同的9600,此時紅外測溫儀可以遠(yuǎn)程傳輸收集到的數(shù)據(jù)回監(jiān)控中心。第4章配網(wǎng)設(shè)備紅外在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1整體模塊設(shè)計和其他參數(shù)。設(shè)置界面如圖5-1所示。界面中的報警溫度和數(shù)據(jù)庫中存儲的溫度可4.1.2數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)設(shè)定的數(shù)據(jù)采集參數(shù)，控制紅外測溫儀采集電力設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)。為了及4.1.3圖表顯示模塊互界面中進(jìn)行圖表顯示。數(shù)字顯示控制可實時顯示當(dāng)前溫度值和歷史溫度曲線。系統(tǒng)監(jiān)控的歷史波形記錄在顯示窗口中，并以動態(tài)波形顯示。其縱坐標(biāo)的溫度值可根據(jù)需要設(shè)定起始溫度和終止溫度。只需點擊界面兩端的溫度值，然后溫度值。溫度波形界面顯示效果如圖4-2所示。4.1.4閾值報警模塊閾值報警模塊是電力設(shè)備紅外監(jiān)控系統(tǒng)的核心模塊。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)隱患時，故障會導(dǎo)致設(shè)備表面溫度升高。當(dāng)紅外探測器采集到的溫度超過設(shè)定閾值時，系統(tǒng)會發(fā)4.1.5數(shù)據(jù)存儲模塊理和分析。Sqlserver2000數(shù)據(jù)庫用于數(shù)據(jù)存儲。作為大型數(shù)據(jù)庫，SQL內(nèi)存中存大，對查詢等操作的速度影響也不是很明顯。通過API接口ADO,可以輕松實現(xiàn)數(shù)3-4所示的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面中填寫。一般情況下，工作人員可以通過人機交互界4.2軟件界面開發(fā)控溫度、是否有故障及報警、運行狀態(tài)設(shè)備和其他相關(guān)信息。圖4-3為掃描監(jiān)控系圖4-3掃描監(jiān)測系統(tǒng)查詢界面圖4-4開關(guān)柜監(jiān)測系統(tǒng)查詢界面4.2.2后臺檢測裝置安放位置本套高壓配電設(shè)備紅外在線監(jiān)測系統(tǒng)裝置如圖4-5和4-6所示。1-6支紅外測溫探頭分別對準(zhǔn)310斷路器a、B、C相上下觸頭，7-9支紅外測溫探頭監(jiān)測310母線1310斷路器人相上觸頭283002隔離開關(guān)A相上觸頭2310斷路器A相下觸頭293002隔離開關(guān)A相下觸頭3310斷路器B相上觸頭303002隔離開關(guān)相上觸頭4310斷路器相下觸頭313002隔寓開關(guān)B相下觸頭5310斷路器c相上觸頭323002隔離開關(guān)C相上觸頭6310斷路器C相下觸頭333002隔離開關(guān)C相下觸頭7310進(jìn)線母線穿墻套管A相觸頭343002主母線A相觸頭8310進(jìn)線母線穿墻套管B相觸頭353002主母線相中頭9310進(jìn)線母械穿墻套管c相頭363002主母線C相觸頭103101隔離開關(guān)A相上觸頭37320斷路器相上觸頭113101隔離開關(guān)A相下觸頭38320斷路器相下觸頭123101隔寓開關(guān)B相上觸頭39320斷路器相上觸頭133101隔寓開關(guān)B相下觸頭40320新路器時相下觸頭143101隔寓開關(guān)C相上觸頭41320斷路器c相上觸頭153101隔離開關(guān)C相下觸頭42320斷路器C相下觸頭163101主母線相觸頭43320進(jìn)線母線穿墻套管A相觸頭173101主母線B相觸頭44320進(jìn)線母線穿墻套管B相觸頭183101主母C相觸頭45320進(jìn)線母線穿墻套管C相軸頭19300斷路器人相上觸頭463202隔寓開關(guān)相上觸頭20300斷路器人相下觸頭473202隔寓開關(guān)A相下觸頭21300斷路器B相上觸頭483202隔離開關(guān)B相上觸頭22300斷路器B相下觸頭493202隔離開關(guān)B相下觸頭23300斷路器C相上觸頭503202隔寓開關(guān)C相上觸頭24300斷路器C相下觸頭513202隔離開關(guān)C相下觸頭25300主母線A相頭523202主母城A相觸頭26300主母線B相觸頭533202主母線B相觸頭圖4-5開關(guān)柜紅外測溫探頭安放位置310路相上種頭310路器相下觸頭310斷路器C相上勝頭310進(jìn)線母狀穿墻套管相時頭310進(jìn)線母狀穿墻容管頭11310:隔寓開關(guān)相下的頭12s101隔寓開關(guān)相上般頭12310:隔國開關(guān)相下勝頭14310:隔寓開關(guān)C相上致頭1310:隔離開關(guān)相下觸頭163101主母線相頭3101主母出相頭3101主母線廣相鐵300圖人相上勝頭300e路器下鞋頭300主母線頭300主母相鞋頭25圖4-6110KV設(shè)備名稱紅外測溫探頭編號第5章配網(wǎng)設(shè)備紅外在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝與測試(1)高壓隔離(2)抗干擾措施(4)熱穩(wěn)定性問題在80℃以下),從而降低了探測器對耐高溫的要求。同時選用熱穩(wěn)定性好的元器件，小于或等于100。監(jiān)控系統(tǒng)電源電路和計算機數(shù)據(jù)信號接口應(yīng)加裝浪涌保護(hù)器。5.2紅外在線監(jiān)測系統(tǒng)實驗測試本次實驗條件為：變電站為晴天，氣溫20度，微風(fēng)。具體監(jiān)測結(jié)果如圖5-2所示。紅外點溫計距離被測電氣設(shè)備2m。經(jīng)檢測，電氣設(shè)備測溫在30℃以下，無故障報警信息。同時測量精度達(dá)到0.1℃,基本滿足變電站高壓配電設(shè)備測溫要求。系梳幫助及注意事項日期時間預(yù)置位110kV間隔溫度設(shè)備工作狀態(tài)備注信息10正常西仙橋線S02斷路器人相上觸頭20正常西仙橋線S02斷路器A相下觸頭3西化橋5020正常西仙橋淺502斷路器B相上觸頭40正常西仙橋綁502斷路器B相下觸頭5西仙橋5020正常西仙橋就502新路器C相上觸頭60正常西仙橋線502斷路器C相下觸頭70正常西仙橋擾502主母戰(zhàn)觸頭A相80正常西仙橋線50