双光谱热成像仪在顾桥矿110kV变电所主变温度保护中的首次应用

庞士宝

摘要：为了加快矿井供电系统的升级改造，淮南矿业集团顾桥矿积极引进双光谱热成像摄像机技术，应用在110kV变电所主变压器温度的监测，更好的保障了矿井的供电安全，本文就双光谱热成像摄像机在顾桥矿的应用，谈一下应用效果及取得的社会经济效益。

关键词：双光谱热成像;顾桥矿;110kV

1技术背景

热成像技术主要指利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热图像与物体表面的热分布场相对应，实现将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像，通过不同颜色代表被测物体的不同温度。由于红外热图像的清晰度和分辨率较低，不利于目标的识别、定位、跟踪及人眼的判别，而可见光图像能提供高清晰度和分辨率的目标图像，有着红外图像不可比拟的优势，因此模型设计采用红外热成像和可见光成像， 既能得到目标的温度场分布又能得到高分辨率的目标背景图像。 采取双通道成像方式能够克服单一波段信息获取的局限性，实现双波段同步成像。然而当前多光谱热成像图像融合需要考虑多方面的因素，实际操作较复杂。大多数红外线与可见光双通道成像采用并排放置的方式，两个通道的光轴有一定的距离，采集到的图像有一定距离差， 导致图像配准和融合过程不能得到理想的效果，存在失配的问题，针对这种情况有许多研究文献都涉及这个问题。现有技术中有同轴可见光与红外线双通道成像的手持式红外热像仪，该设备在系统使用过程中难以保证光轴的高精度重合，需要采用图像校正特征提取等复杂的图像处理过程，同时利用镀膜技术进行分光，虽能获得同轴双光谱双通道成像图像，但由于镀膜材料本身的缺陷，其分光技术在较复杂的户外环境中不能发挥其性能，而且由于镀膜工艺的限制，难以实现大视角信息采集。

2双光谱热成像摄像机在顾桥矿的应用效果

顾桥矿主变为户外设备，担负着矿安全供电重任，主变的运行是否正常直接关系矿井供电安全。目前主变测温采用红外测温仪，每天安排专人定时测量。虽然红外检测技术，能在设备带电的状态下，发现运行没备的过热性缺陷，但是从范围上、时间上做不到全覆盖，对运行中出现的过热缺陷不能及时发现处理。本项目通过非接触探测红外能量（热量），并将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值，能稳定实现全天候不间断监控，确保了主变运行安全。下图为红外摄像头拍摄的效果图。

3原理简介

热成像是通过非接触探测红外能量（热量），工作原理是红外灯发出红外线照射物体，红外线漫反射，被监控摄像头接收，形成视频图像，并将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值，并可以对温度值进行计算的一种检测设备。

利用红外摄像头来代替以往的红外测温仪来监测主变的变化，其具有以下特点：

安全稳定，采用全嵌入式系统，能稳定实现全天候不间断监控，适用范围广，能长期实时监测主变温度，通过历史数据更全面的分析主变运行过程中的异常变化，对突变量尤为突出，完全避免了间歇性故障的发现，可靠性能高，同时也为主变针对性主变检修提供方向，为有变化的地方，合理安排检修计划，降低影响范围。下图为主变温度实时报表。记录从当前时间开始，指定时间周期内所选定的点、线条、区域的平均温度变化情况。

主变温度实时报表

4主要创新点

4.1探测能力强

热成像单目摄像机除了基于不同的测温需求等还具有防火、安防、夜视等功能，在夜间也能更好的提供温度变化保护，智能分析温差变化，完全避免了夜间巡视的安全隐患，在无光夜视环境下能清楚分辨不同物体，识别伪装和隐蔽目标。

4.2抗干扰能力强

在强光、逆光等场景下不受光强的干扰，实现有效的探测和识别，适应复杂环境，适应于烟、雾、雨、雪、沙尘等视野受阻或者色彩迷惑性较高的复杂环境。通过热成像的应用可以实现实时检测主变重要部位（油箱、触头等）的温度，不同区域温度不同，颜色不同，清晰直观，并且一旦发生异常，能够及时联动报警，提醒运维人员及时处理，消除隐患。

4.3热成像探测距离远，监测范围广

探测距离远，适用于大范围远距离监控场景。且能设置区域，在指定的主变区域内单独测温，有重点的监测区域内温度。当主变温度满足测温规则的报警条件时，系统会产生报警并联动设置的动作。

5取得的经济社会效益

通过双光谱热成像摄像机的应用，不仅能极大提高主变运行安全稳定性，保障了矿井安全供电可靠，创造可观的安全经济效益。

5.1安全效益

减少了因溫度检测不到位造成的主变跳电安全威胁。在以往的主变基本都采用红外测温仪每天定时定点测量，由于人员少能力参差不齐，往往导致测量不规范，以及测量周期长，对主变故障不能及时发现，一旦故障所带来的安全威胁是巨大的。现在通过热成像对主变的温度实时监控，保障了主变工作的稳定性，消除了潜在的安全威胁。提高了巡查的安全、效率、质量通过热成像，值班人员可以在监控后台直观看到到主变温度等运行参数，减少了值班人员到现场巡查的工作量，提高了巡查质量，且通过联动报警装置，提高了值班人员对主变异常的应急反应和处理能力，减少了值班人员在现场巡查带来的不安全几率。

5.2生产效益

主要体现在检修方面。原主变检修通常一年一次，检修周期长，检修没有针对性。但是利用热成像可以根据主变日常温度检测情况所反映的实际问题，对主变“量身定做”合理检修计划，做到了真正的针对性预防性检修，保证了主变稳定运行，保障了矿井安全生产。

5.3经济效益

主要体现在主变维修成本及安全供电周期方面。通过热成像应用，能通过温度判断故障点及故障点产生的原因，缩小了故障范围，提高了故障排除时间，大大强化了主变稳定运行的能力，降低了主变故障带来的维护、处理等维修成本，通过保障矿井安全供电周期，为矿井安全高效经济运行夯实了基础。

参考文献

[1]胡爱民.双光谱热成像摄像机在煤矿中的应用[J].煤炭科技.2018（6）：12-13.

[2]刘志达.浅谈双光谱热成像技术[J].工程技术.2011（9）：196.