变电站红外热像仪测温数据远程读取及传输研究

郭素梅　余健勇　马承志　林雄德

摘要：文章提出了基于4G网络和电力专网通信的远程数据读取和传输系统。该系统采用一体化的数据接口模块，作为数据读取传输的关键技术，能够很好地利用普通的便携式红外热像仪实现设备红外热像测温的实时、稳定和可靠的数据读取和传输，并且可以实现智能巡测、巡检终端的远距离无线接入。

关键词：变电站；红外热像仪测温；数据读取；无线传输；一体化装置 文献标识码：A

中图分类号：TM762 文章编号：1009-2374（2017）01-0025-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.012

变电站红外热像测温是当前正在迅速发展和应用的技术之一。国内外许多电力公司从20世纪80年代就开始研究并推广应用变电设备红外测温技术，发展到今天，红外测温技术已较为成熟，其在减少停电预防性试验的时间和次数及在运行中及时发现设备发热缺陷方面有独特的优势，极大地提高了供电可靠性。电力系统的供电可靠性是电力部门的一个重要课题，而高压设备的安全运行是整个系统安全运行的基础。

随着国民经济的发展，社会对电力供应的可靠性要求越来越高，新建设的变电站已经开始使用在线测温技术来实时掌握运行中设备的发热情况。而已建变电站设备的测温未实现在线测温，通常是由运行人员携带红外热像仪现场测温来实现的。

电力变电站在运行过程中，设备温度正常与否是判断其运行状态是否良好的一个关键信息，因此需要对其进行经常性的巡测、巡检工作。目前变电一次设备在新接入、检修后、带缺陷运行、负荷突增、电网特殊运行方式等情况下，都需要运行人员定期进行温度测量，以监测和掌握设备的运行状态。现在一般采用人工手段携带红外热像仪进行，但是随着电网规模的不断扩大，远郊变电站分布地域范围变得越来越广，给运维带来了越来越多的不便和困难，主要表现在运维人员需要携带便携式红外热像仪进行频繁的设备测温，花费较长的时间在往返路程上。这种传统的方式大大浪费了人力、物力和财力，同时增加了交通风险。

现在运行人员在变电站测温中使用的红外热像仪中部分设备具备数据接口扩展、在线数据读取、远程控制开发的硬件条件，但在日常生产中，运行人员往往仅使用到了人工手动测温这一部分的功能，未充分利用到红外热像仪的全部功能，尤其对红外热像仪的高级应用

不足。

基于这种情况，本文充分考虑了生产中的实际需求，通过采用远程数据读取和无线网络传输的方式，实现将现场采集的温度监测图像和数据，实时快捷地传输到设备运维中心。

1 技术方案

1.1 系统总体架构

为实现电力变电站现场红外热像仪测温数据和图像的远程读取和传输，系统的总体架构如图1所示：

本方案变电站红外热像仪现场采用一体化的数据读取和传输终端装置，与近距离的移动4G基站进行无线通信，通过移动网络接入互联网，同时还可以通过Wi-Fi无线网络或者RJ45接口就近接入电力专网，最终通过互联网或者电力专网把数据传输到电力监控中心。

在偏远地区地理环境受限，无法实现电力专网接入和无线移动公网接入情况下，设计通过一体化数据终端装置传输现场测温数据和图像，通过已有的电力频段的230MHz的无线终端实现对变电现场的图像和数据的远程传输，具有远距离传输的特点，从而可以大大降低地理环境和现场条件的限制，达到实现同一装置在不同变电站进行移动式的远程测温的目的。

利用变电站设备的温度监测这一重要参数判断设备运行状态是否正常，经过改造的便携式红外测温仪设计结合一体化的数据读取和传输装置，可以达到通过远程监测温度的方式来实现实时监控变电设备运行状态的目标，进一步满足智能电网信息化的要求。同时一体化数据传输装置预留多个标准接口，还可以在同一变电站连接多台测温仪和其他传感设备，实现对多套设备的运行状态的监测，尤其在偏远变电站需要在某一时间段内定期测温时，将该设备装设在设备场地，实现远程运维，通过设定温度测量周期和数据回传周期来满足不同测温周期的运维要求。

1.2 系统硬件结构图

系统硬件结构如图2所示，采用创新的技术，达到领先的水平。

远程数据读取和传输是基于具有远程数据采集和传送功能的数据接口模块，实现通过网络接口TCP/IP和UDP协议进行通信，可以实现通过主控中心PC对远端设备的远程数据读取和控制。

数据接口模块设计可以实现设备侧USB接口到TCP/IP的协议的接口转换功能，它向上可以提供10M/100M自适应以太网接口，向下提供标准USB接口，实现USB到TCP/IP网络和TCP/IP网络到USB的数据传输。

数据传输采用基于4G无线通信，Wi-Fi无线接入和TDMA无线传输方式而设计的便携式传输终端，能够以无线接入的方式建立远程传输的IP数据链路，该模块在网络传输方面采用先进的Peer-to-Peer对等联网传输技术，整合先进的网络传输特性，完成信息交换、网络分析和连接建立，该数据接口模块的功能，最终接入互联网（Internet），实现监测数据的远程传输。

系统中设计MCU用于控制温度数据的读取和开关量的控制，它通过SPI接口与具备TCP/IP协议的以太网接口芯片实现通信，可以实现远程的控制功能，可以实现对电源模块的控制，达到节能的目的。

2 系统特点和功能

该方案设计和模块设计均采用先进的技术，具有如下特点和功能：（1）实现标准化、规范化的设计及通信方式规范化、数据接入的规范化、协议的规范化、移动应用的规范化；（2）数据加密：所有接入数据均经过加密处理，以确保数据的安全性要求；（3）模块化设计：软硬件的模块化结构和功能设计，具有标准化的连接接口，以及一致的输入输出接口，采用标准RJ45接口和USB接口；（4）远程传输：采用先进的4G无线网络技术、互联网传输技术和电力专网传输技术，保证数据能够具有电信级的稳定可靠的传输，还具有Wi-Fi无线接入的便捷性，能够实现数据远程传输的宽带、高速、实时传送的性能要求；（5）开放性设计：方案设计最终形成一体化的数据读取和传输装置，设计具有较高的开放性、集成性和灵活性，保证一体化装置的整体性能的提高；（6）设计具备优良的远程控制功能：一体化数据终端装置可以实时监测电源供电系统的参数，并根据状态参数远程启动/关闭相关设备，达到节能的目的，电源系统状态参数可以上报主控中心，主控中心可以通过指令远程实现设备的休眠/唤醒控制，实现节能。设备电源供电具有定时或自动进行开启和关闭的功能，采用先进的远程自动控制器件，利用先进的互联网通信技术，可以根据运维业务需要实现主机远程遥控远端无人值守设备电源开启和关闭，从而降低了设备巡测时间，提高设备工作效率，保证设备的可靠稳定运行；（7）工业级设计：设计均满足工业级技术要求，并满足相关技术规范要求，并采用优良的EMC设计，确保设备在恶劣的环境下具备良好的运行可靠性。采用航天军工级的外壳和接头设计，采用密闭的厚重金属外壳，保证在各项特高压近场环境中，具有优良的屏蔽外部电磁干扰的特性，也保证在恶劣环境条件下可以达到很高的可靠性。

3 结语

综上所述，系统通过采用一体化的数据读取和传输装置，有效地解决了变电站红外摄像仪测温监测数据的远程读取和传输问题。在4G无线网络和电力专用接入网的支撑下，借助该便携式终端装置，可实现电力测温监测现场远程传送监测数据、图像、视频的即时通信、远程监控等智能化的监测、巡检方式。不仅可进行深层的信息互动业务，而且在设备运维状态监测、设备缺陷跟踪方面，进一步提供快速、有效的数据传输保障和信息支撑，因此具有较高的实用性和推广价值。

参考文献

[1] 何光宇.智能电网基础[M].北京：中国电力出版

社，2010.

[2] 苏鹏声，王欢.电力系统设备状态监测与故障诊断技

术分析[J].电力系统自动化，2003，（1）.

[3] 周杰华，王永山，张会汀.浅谈第四代移动无线通信

网络[J].通信技术，2003，（10）.

[4] 刘骥，黄国方，徐石明.智能电网状态监测的发展

[J].电力建设，2009，（7）.

[5] 黄新波.输电线路在线监测与故障诊断[M].北京：

中国电力出版社，2008.

[6] [加]Ekram Hossain，韓竹，[美]H.Vincent Poor.电网

通信及组网技术[M].电子工业出版社，2013.

[7] 刘有为，李光范，高克利，等.制订《电气设备状态

维修导则》的原则框架[J].电网技术，2003，（6）.

作者简介：郭素梅（1983-），女，河北邯郸人，广东电网有限责任公司江门供电局工程师，硕士，研究方向：变电站运行管理。

（责任编辑：黄银芳）