电力设备红外在线监测系统应用实践 马海峰王中明

王鹏橙 王昭滨 王鹏 曹玉兰 江亚莉 蒋祝巍

【摘 要】电力设备状态监测的目的是采用有效的检测手段和分析诊断技术，及时、准确地掌握设备运行状态，保证设备的安全、可靠和经济运行。红外在线监测系统在对电力设备的运行状态检测方面存在较大优势，能够实现不停电、非接触、全天候的对电力设备展开监测。因此，本文对电力设备红外在线监测系统展开探讨研究。

【关键词】电力设备；红外技术；在线监测

电力设备在运行中经受电的、热的、机械的负荷作用，以及自然环境（气温、气压、湿度以及污秽等）的影响，长期工作会引起老化、疲劳、磨损，以致性能逐渐下降，可靠性逐渐降低。设备的绝缘材料在高电压、高温度的长期作用下，成分、结构发生变化，介质损耗增大，绝缘性能下降，最终导致绝缘性能的破坏；工作在大气中的绝缘子还受环境污秽的影响，表面绝缘性能下降，从而引起沿表面放电故障。设备的导电材料在长期热负荷作用下，会被氧化、腐蚀，使电阻、接触电阻增大，或机械强度下降，逐渐丧失原有工作性能。这些变化（称为劣化）的过程一般是缓慢的渐变的过程。随着设备运行期增长，性能逐渐下降，可靠性逐渐下降，设备故障率逐渐增大，可能危及系统的安全运行，必须对这些设备的运行状态进行监测。

电力设备红外在线监测系统就是利用红外技术，将被测物体表面的红外辐射转变成电信号，从而实现监测电力设备的效果。红外在线监测系统具有不停电、非接触等优点，因在在电力设备狀态监测方向具有较大的优势。

1 系统需求性分析

电力设备红外在线监测系统应该满足以下的基本功能：（1）根据热故障监测实际需要设置监测点，系统自动采集红外图谱与之配套的可见光图像，并自动进行归档，以便分析诊断；（2）根据实际需要灵活设置自动巡航方案及巡航方案启动的时间及启动频率，在巡航过程中，根据设置的自动诊断规则，自动分析诊断热故障，并通过网络通信或短信等方式发布报警信息，报警信息包括多区域（多相）之间温差报警、多区域温度报警、单区域温度报警；（3）具有远程诊断分析管理的功能，如具有检验报告管；（4）实现区域电网红外图库数据共享，如故障设备红外成像历史图库、标准故障图像信息库、高压设备红外诊断分析知识库等；（5）数据实行分布式存储备份，图片、视频等红外图像资源网络共享，专家知识网络共享，网络分层管理；（6）采用360度连续旋转、大俯仰角度数字云台多点全方位监测一次设备的状态，做到360度无死角全方位监测。

2 红外在线监测系统

2.1 系统结构

红外测温监测系统主要包括光学系统、调制盘、热释电红外探测器、信号处理电路、微控制器、显示输出电路及网络传输电路等部分组成。辐射体发出的红外辐射，进入光学系统，经调制器把红外辐射调制成交变辐射，由探测器转变成为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。

2.1.1微控制器

微控制器作为红外测温仪的核心处理部件，它关系到整个仪器的性能指标，系统以ARM9为核心器件，系统上电后，首先加载相应程序的ARM程序，并把红外测温模块传来的数据加以处理，送 LED 显示屏显示及进行网络传输。

2.1.2光学系统

光学系统能汇聚其视场内的目标红外辐射能量，其主要由菲涅尔光学透镜和滤光片组成，菲涅尔透镜是利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“高灵敏区”和“盲区”，当被测物从透镜前经过时，发出的红外线将交替不断地从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而汇聚其视场内的目标红外辐射能量。

2.1.3红外探测器

热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器3部分组成，采用双传感探测元将两个特性相同的热释电晶体逆向串联，用来防止其他红外光引起传感器误动作，此外，当环境温度改变时，两个晶体的参数会同时发生变化，从而相互抵消，避免出现检测误差，干涉滤光片能有效地让人体辐射的红外线通过，且能最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰，热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。

2.1.4调制盘

调制盘置于光学系统的焦平面上，把恒定的辐射通量变化成为交变的辐射通量，产生目标所在空间位量的信号编码，进行空间滤波以抑制背景干扰，同时提高红外系统的检测性能。

2.1.5显示部分

显示部分由ICL7106（多位液晶显示驱动器）和EDS801（标准段式液晶显示屏）及其他一些元器件组成，经过测量电路处理过的信号，经过输入端口进入 A/D 转换电路，ICL7106进行A/D转换，再与标准段的EDS801显示屏显示出被测物的温度。

2.1.6系统电源

系统采用 12V直流电源供电，将220V交流电通过变压器T降压，全桥U整流，C滤波，为系统提供12V直流电压。

2.2 故障判断方法

电气设备故障种类繁多，但大部分故障都伴有发热的现象，常见的热故障的判断方法有表面温度判断法、相对温差判断法、图像特征判断法、实时分析判断法、档案分析判断法以及同类比较判断法；不同的电气设备通常采用不同的判断方法，如：断路器故障通常是由于内部载流回路接触不良造成过热故障，一般可以采用相对温差法进行故障诊断，相对温差 ，其中， 环境温度参照体的温度， 正常相对应点的温度，为发热点的温度；计算出相对温差值，根据设备类型的不同，判断出故障类型。如在监测SF6断路器中，△%>95%为视同紧急缺陷，80%<△%<95%为重大缺陷，20%<△%<80% 为一般缺陷。

3 结束语

随着电力负荷的日益增加，在设备长期运行过程中，变电设备因老化或故障而发热，而这些发热部位的温度通常难以监测，容易导致各种事故的发生，红外测温技术以其特有的非接触、实时快速、形象直观、准确度高及适用面广等优点，成为是变电站监测设备早期缺陷的有效手段之一，利用系统的485总线可以将多个探头的数据连接到控制室内，实现在线监控，不仅可以减少劳动强度，提高缺陷诊断率，而且可以随时随地诊断设备运行情况，保证设备安全运行，提高电力设备运行可靠性。

参考文献：

[1] 王文华.红外成像技术在晋城地区电力设备故障诊断中的应用[J].红外，2015（6）121-123.

（作者单位：国网鹤岗供电公司）