热缺陷电气设备的温度在线监测系统

杨春旭 孙 静 刘 杰 樊 庆 荆 晋

（1.临汾供电公司，山西 临汾 041000；2.北京铁路局北京供电段，北京 100070）

随着红外技术的发展，红外热像仪被广泛应用到电力系统的设备巡视[1]。由于其直观高效的特点，可以很容易检测出电气设备的发热点。运行的电力设备由于老化，松动，接触不良，短路故障等原因都能造成过热，大多数过热点的设备从发热到演变成为故障，需经历一个过程，在例行的设备红外普测中可以很容易发现过热点。根据缺陷严重程度，对于一般缺陷，需配合其他电气设备的检修来处理，在处理之前要求运行人员对过热点进行定时测温，监视缺陷发展情况。由于定时测量受天气，测量角度，测量人员等因素的影响较大，且测量的数据少，具有较大的波动性和偶然性[2-3]。

针对这一问题，设计了一套过热点温度实时在线监测系统。当热像仪测得温度过高如图1所示的隔离开关闸口，该点温度比其他正常的两相，高出70℃，可确定为发热点。确定发热点后，用带有瞄准功能的红外测温仪实配合热像仪进行实时监测。

图1 运行设备的过热点

1 相关技术介绍

1）红外测温技术

自然界中所有物体都在向外辐射红外线，红外测温正是利用这一特性根据物体辐射红外波长来判断物体温度。红外测温具有测温速度快，抗电磁干扰能力强， 不接触、不停运、不取样、不解体等优点在电力系统中得到广泛应用。目前常用的仪器主要有有红外热像仪和红外测温仪。红外成像仪由于价格昂贵及构造复杂，目前只用于设备巡检，在线测温处于起步阶段，红外测温仪进行温度在线监测是很成熟的技术。

2）ZigBee技术

ZigBee是一种基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案[4]。Zigbee主要工作于免授权的2.4GHz频段，传输速率为10～250kbit/s，传输距离根据发射功率可远至1km以上[5]。同其他的无线通信标准（蓝牙、WIFI等）相比，ZigBee具有极低功耗、短时延、成本低、实现容易、数据传输可靠、安全性好等特点，使其适用于实时的工程控制应用。

3）GSM短信技术

GSM即全球移动通信系统，采用时分多址技术，而且它是目前3种数字无线通信技术（TDMA、GSM和CDMA）中使用最为广泛的1种[6]。短信息服务（SMS）为GSM系统提供了一种新颖、便捷、廉价的通信方式。SMS具有的优点：一次可传输140Byte的数据，数据的内容可以是字符或数字；在短消息传送过程中，不进行呼叫连接建立和释放的过程；在终端设备关机时，可以保持消息在一定时间内有效；可以方便地实现小数据量的信息采集、数据传输和远程控制[7-8]。

2 系统构成与工作原理

本系统由温度测量、Zigbee无线传输、GSM短信模块、RS485转232模块及温度数据后台处理等4部分组成。测试点的温度经过红外测温仪之后，数据通过Zigbee无线模块传输至主控室，经过RS485转232模块上传至后台数据处理软件，经过处理后将温度显示在屏幕上同时储存在数据库SQL Server 2008中，期间如果有温度过高超过规定值，会通过GSM模块将相关信息发送到值班人员手机上，同时如果运行人员想要了解设备温度状况，也可以发送短信进行查询。系统工作流程如图2所示。

图2 系统工作流程图

3 系统安装调试时的注意事项

1）要根据安装位置到监测点的距离和测量正对探头的有效面积来选择红外探头的距离系数。计算方式如下式（1）所示，如果选取的距离系数过小，被测目标不能充满探头的视场，由于环境的平均作用，使得测量结果偏低。

距离系数计算如下所示

式中，L为距离（m）；Φ为目标直径（m）；KL为距离系数。

2）选取的红外探头应有瞄准功能。由于各个电压等级都有相应的安全距离，其中220kV的安全距离为3m。安装时一个很小的误差，到达监测点会变得很大，不能达到测量的目的。

3）安装时要注意，红外测温仪的镜头不能让阳光直射，防止强烈的阳光损伤测温仪。同时测量点背景反射的太阳光不能太强，过强会使测量结果有一个附加温升，需加装滤光板。

4）安装时探头与被测点之间不能有遮挡物，同时要经常维护保持镜头的清洁。

4 系统特点

1） Zigbee无线模块的使用，避免了长距离布线，安装方便快捷，增强了实际应用价值，同时Zigbee可以组网，保证了多点测温时数据可中继传输，极大的扩展了测温范围，实现全站覆盖。

2）GSM模块的使用保证了温度过高能及时通知运行人员，防止缺陷进一步发展，使调度人员通过转移负荷等手段降低发热点温度，以及通过调度及时安排停电检修任务。

3）采用了SQL Server数据库，将温度存储到数据库中。通过编写的软件可以调取发热点的温度，通过温度曲线可以直观的看到发热点得出温度变化以及发展趋势，实现了设备的状态监测。

5 结论

采用了红外测温仪，可方便地实现温度在线监测。Zigbee无线模块具有通信可靠、传输距离远的特点，避免了站内长距离布线，减小了工作量，也便于设备维护。GSM模块实现了无人值守变电站信息与值班人员的实时沟通，当有缺陷发生时能及时通知值班人员，防止热缺陷进一步发展。

该装置具有安装原件少，操作简单，维护方便，实用性强的特点具有很高的应用推广价值。

[1] 李然.红外测温技术与变电站图像监控系统的融合研究与实现[J].电网技术,2008,32(14).

[2] 俞睿默.在线测温检测技术在无人值班变电站应用的可行性探讨[J].华东电力,2009,37(7):1182-1185.

[3] 韩玉兰,芦兴,路灿,等.高压开关柜隔离触头温度红外检测系统的研制[J].高压电器,2008,44(6): 578-581.

[4] 张子红,周鸿雁,等.基于Zigbee 技术的无线抄表系统的设计[J].电力系统通讯.2012,33(232):60-63.

[5] 吕宏,黄钉劲,等.基于ZigBee 技术低功耗无线温度数据采集及传输研究与开发[J].国外电子测量技术,2012,31(2):58-60.

[6] 林莘,张浩.基于GSM 短信技术的小电流接地选线装置[J].低压电器,2007,9:35-38.

[7] 唐忠,杨春旭,崔昊杨,等.基于GSM 短信技术的变电站红外温度在线监测装置[J].华东电力,2010,38(11): 1753-1755.

[8] 宋国峰. GSM 短信技术在电力变压器检测系统中的应用[J].电气化铁道,2006(3):43-45.