电力设备红外在线监测系统的应用研究

云昌盛

摘 要：当前电力设备的红外在线监测越来越受到大家的重视，它可以对电力设备的运行情况进行远程监控，及时了解电力设备当前的运行状况，保障电力供应的稳定性，同时能节约大量人力实地监测的成本，符合我国坚强智能电网发展趋势。本文以工程实例为依托，针对电力设备红外在线监测系统的应用研究，以促进电力设备在线监测系统的应用与发展。

关键词：电力设备；红外在线监测系统；应用

1 前言

近几年，随着坚强智能电网的深入推进，电力工业向着高电压，大容量，互联网化转变，确保电力设备的安全持续运行变得越来越重要。这就需要更加及时更加准确地了解电力设备的状态信息，因此对电力设备进行实时监测成为了保证其安全运行的有效方法。此举有利于发现设备的故障隐患，采取有效的预防维护措施，最大限度地减少停电事故的发生。电力设施产生故障的物理学机理主要涉及电、磁、热、力等方面，但电力系统中设备的绝大部分故障和事故的具体表现为温度的异常，当设备出现故障或异常时，对应的故障点的温升变化会异常明显，因此，可以將这些部件的温度信息作为电力设备状态检测的可靠依据。

目前，红外检测在各个领域的应用日趋广泛而深入，以红外检测技术为核心的在线监测系统，成为了电气设备监测的重点，通过红外检测技对电力设备进行实时监测，了解电力设备温度信息，把控电力设备运行状况，可有效提高电力设备运行的稳定性，并实现线上监测，节约巡视次数与人工投入，因此下文中将结合某电厂实例分析电力设备红外在线监测系统的应用。

2 项目背景

本项目拟为某电站开发一种基于图像分析与温度结合的精细化分析的红外热成像在线检测系统，实现对设备本体的实时热成像监控，支持区域温度显示、历史曲线分析、超限阈值告警等系统功能。其后台部署在监控中心，支持远程调阅监控。采用在线红外热像仪后，可以实时自动巡检运行设备的温度情况并按预先设定的预警值发出声音报警信号，及时把报警信号上传至运维中心，从而使运维人员“早发现、早处理”，用调整负荷或改变系统运行方式等手段，确保设备运行的安全，提高运行人员对设备缺陷的识别能力和预见性，实现主动运维。

3 设计原则

3.1 利旧原则

设计过程中充分利用现有的计算机、通信及网络资源，并结合电力系统的实际业务需求和现有视频监控系统的情况进行开发，在确保实用性的同时，节省用户投资。

3.2 兼容现有设备接入

新开发的系统完全兼容现有已投入使用的可见光视频监控设备，实现与现有设备的无缝接入，同时也提供标准红外热成像摄像机的接口，实现对主流厂家设备的接入，兼容各种不同型号的红外热成像摄像机，便于后期系统扩容。

3.3 功能可扩展

平台软件的设计应采用分层的模块化结构，具有良好的可扩展能力，能够方便地进行图像温度在线分析、报警信号预案联动等应用功能扩展，以适应后期业务发展的需求。

3.4 数据安全性

升级后系统安全性除了基本的防攻击、防非法侵入、防病毒等要求之外，还需要保证只有授权用户可以访问和使用平台提供的服务，确保数据传输的安全可靠。

4 实施方案

4.1 系统网络架构

系统网络部署架构如图1所示。系统可以实现双光谱的融合，将可见光与红外光有机地结合，各种监控设备通过交换机汇集到一个视频综合管理平台当中，进行统一管理和监控。

4.2 部署方案概述

本项目为该电站安装红外热成像测温设备，采用在线红外热像仪后，可以实时自动巡检运行设备的温度情况并按预先设定的预警值发出声音报警信号，实时地把报警信号上传至运维中心，及时发现问题，解决问题，确保设备运行的安全，提高运行人员对设备缺陷的识别能力和预见性。

由于风洞内设备本体离墙壁距离较小，现场监控距离限制在1～1.5m，需考虑监控设备视角覆盖范围及测温有效距离（如图2）。

5 技术要求

5.1 前端温度检测

测温热成像摄像机能够对前端的监控场景实时进行框测温或点测温，测温精度达到1 ℃，测温误差控制在±2℃之内。热成像摄像机支持100个以上预置点，每个点可以配置为点测温、线测温或面测温的方式。

5.2 视频图像采集

测温摄像机分辨率为640×512，可以对其监控场景进行有效探测和成像，获取图像中的关键信息。摄像机采用双光谱设计，既具有热成像镜头，同时又兼具普通摄像机的可见光镜头/机芯。其中，可见光镜头/机芯的分辨率达1080P，最低照度为0.05Lux，可以对监控场景进行高清图像采集和辨识。

5.3 报警联动功能

后端视频综合一体机接入报警输入/输出设备，针对不同监控点配置多样化的报警触发规则，实现报警信号联动，自动弹出报警位置的视频图像，迅速定位报警位置，同时通过日志记录报警位置。视频综合一体机和热成像摄像机本身也支持一些视频报警功能，如移动侦测报警等，可将报警信号上传至中心，弹出图像等。

5.4 多级权限分配管理

通过视频综合一体机本地菜单或客户端应用软件等可以添加和删除用户，并可对各级用户的控制权优先级进行管理。根据系统分配的不同权限，各级用户享有对各监控点图像不同的浏览和控制权限。

5.5 红外测温分析功能

1）红外视频上叠加测温信息OSD，温度信息包括全屏最高温、测温区域的最高温度值及位置，以及采用的伪彩色调色板、录像时间等；

2）每个划定区域的测温数据自动保存，保存的数据包括测温部位、时间、温度值等；

3）可以设置温度阈值，当设备温度异常时产生告警；

4）可以根据设备对象的发射率和测温距离进行测温校正；

5）为了更便于定位设备故障，原始红外温度热像图可以存储；

6）原始红外温度热像图支持点、线、面、等温线等复杂的测温分析；

7）热点报警功能红外图像监视系统具备热点报警功能，热点温度阈值可设。

5.6 多种预警温度和报警温度机制

可设置预警及报警的阈值。例如，报警规则选择“高温大于”，预警温度设置为“50℃”，报警温度设置为“55℃”，则当检测到的温度大于“50℃”时将产生预警，而当温度大于“55℃”时将产生报警。

为了防止温度来回震荡影响报警结果，需要设置一个容差温度。例如，设置容差温度为“3℃”，报警温度为“55℃”，则当检测到的温度为“55℃”时设备报警，当检测到的温度≤52℃时，报警才会取消。

6 结论

在该项目实施过程中，通过应用红外热成像测温技术实现对电站发电机组、封母、变压器和高温电缆等重要电气元件的温度进行实时监测及预警，减少甚至杜绝因电气设备高温、电缆短路或接头发热而引起的火灾事故发生，避免给生产运行带来重大损失。

通过本项目的实施部署，可实现非接触方式检测运行中的设备温度和运行状态，可以实时、简捷、安全、直观、准确地查找与判断设备过热故障，迅速采取处理措施，防止意外事故的发生。红外热成像测温装置为设备精细化点检和维修提供有力技术支撑，可以提高工作员的运维检修效率，同时降低设备安全隐患。

参考文献：

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[2]魏可刚，房祥龙，林楚乔，陈厚合.基于红外测温和无线传输技术的电力设备温度在线监测系统设计[J].东北电力大学学报，2015，35（06）：17-20.

[3]刘屾，张扬.电气设备红外温度在线监测系统在变电站的应用[J].广东科技，2013，22（24）：103-104.