一种球机除冰驱雾装置设计的研究★

王德贺 罗华枫 杨柳青

(贵州电网有限责任公司，贵州 贵阳 550002)

0 引言

贵州地处我国西南区域，是全国唯一一个没有平原的省份，全省气候条件属亚热带季风气候，由于地形地势复杂从而导致气候的复杂性和多样性，多云少照、湿度较大[1]。因此，运行在此区域的远距离高压输电线路所处的地理环境和气候条件比较恶劣,输电线路许多电气参数受不同地域、不同污染、不同冷暖气流的影响[2],靠巡维人员人工巡察缺陷难度较大，效率较低，或是根本无法发现,因此现在普遍采用在线视频监控处理分析系统，如图1所示。但是系统所需要用的监控球机暴露在大气中，受天气影响较大，特别是在冬季,因温度较低加之湿度较高,或是阴天有雾天气，球机所拍影像质量较低，严重影响系统的数据分析以及信息处理。

1 主流监控球机运行现状

1)现有摄像机为了保护摄像机上的镜头，一般将摄像机的摄像头内置于透明的玻璃或塑料罩内部。但是，当这种摄像机在昼夜温差较大时，白天气温回暖，而其表面温度不能随气温的变化而及时变化，会因为罩体外表面温度相对于外部温度过低，导致罩体外表面附着一层水雾，从而严重影响罩内部的摄像头的拍摄质量。2)传统去水雾方法有两种：一种是通过增加机械结构进行擦拭，另一种是通过加入干燥剂保存相对干燥。以上两种方法均增加了其复杂性并需要增加维护频率，对于电力摄像机的运行环境来说并不适用。3)本项目拟通过预判其起雾条件，通过加热方式起到预防起雾和除水雾的作用。

2 项目研究内容和目的

通过制作装置实现以下功能：

1)装置监测球型摄像机外部温湿度、大气压条件；2)装置检测球型摄像机外罩壳体表面温度；3)装置通过外部的大气压、温度、相对湿度推算出当前条件下的结露露点或霜点温度；4)装置比较当前的结露露点温度与外罩壳体表面温度，当外罩壳体外面温度与当前结露露点温度差值达到预设值时装置启动加热模块；5)加热方式：采取两种加热方式：通过外部对壳体吹热风实现对壳体的加热使其远离结露温度，以防止水雾。内部加热方式：通过内部对壳体内部空间加热，实现对壳体温度的改善，远离结露温度，避免凝雾。

3 项目技术方案

3.1 改造前现状

目前并无可使用的产品，起雾后靠环境温度变化被动缓慢蒸发消雾，导致部分时间段内无法可靠进行监控。

3.2 改造的主要方法及工序

1)硬件原理分析及方案设计；2)硬件选型、采购及组装；3)功能测试、定值设置的改进；4)使用、安装方法流程的编制。

3.3 改造初步方案及设计原理图

改造原理：通过采集球型摄像机周围环境的温度、相对湿度、大气压与球型摄像机外罩壳体温度，计算当前环境下的饱和蒸汽压、结露露点温度与外罩壳体温度的差值。达到设定阈值时装置主控芯片控制加热模块对外罩壳体及其内部环境进行加热，从而达到预防起雾和除水雾的作用。

项目组成员经过研讨初步设计三种不同设计方案：

方案一(外部加热式)：外部加热模块包括半导体，冷热泵，散热鳍片、风扇以及设定的风道。通电使半导体放热通过冷热泵传导至散热鳍片，风扇推动附近空气流动通过散热鳍片，加热后的热空气通过设定的风道对外罩壳体和其内部空间进行加热，从而提高其温度避免起雾，外部加热式如图2所示。

方案二(内部加热式)：内部加热模块包括多块小型硅胶发热片及温度传感器。多块小型硅胶发热片可靠固定在壳体内部不影响视域的位置，并在其周围固定温度传感器。工作时，硅胶发热片通电发热，改善壳体内部温度，并通过温度传感器监测其发热温度，避免温度过高使外壳变形，内部加热式设计如图3所示。

方案三(综合加热式)：结合上述两种方案，采用外部吹风，内部加热方式，电源考虑采用风电和光伏双电源供电方式，保证持续供电，另外要对电池进行保温处理。温湿度控制参数要能根据实际情况进行调整。

项目组成员经过论证及产品试制，考虑到外部环境恶劣及外部功率损耗大，所以使用内部加热方案，最大功率低于60 W，最终确定采用方案二。

3.4 内部加热式装置控制设计

本装置设计使用12 V电源，功率设计低，可以使用原电池箱电池供电方式。

具体控制系统设计如图4所示。

3.5 装置软件设计

根据球机外部环境，通过模拟试验确定起动阀值，利用安装的温、湿、气压传感器进行数据判断，决定是否起动加热装置，当低于阀值时自动关闭。

装置软件设计流程如图5所示。

3.6 装置部分参数

经过模拟试验及部分实测，装置部分参数如表1所示。

表1 装置参数

4 项目创新点

目前并无相关针对性产品，项目方案针对其具体使用环境和其供电环境进行设计，创新性的提出通过计算其结露露点温度来判断加热时机，避免无意义耗电。并选择半导体制热放弃电阻丝制热，提高其加热效率及安全性。本产品可有效降低球型摄像机凝雾或结霜。

5 结语

本装置经过多次研讨、试制及现场测试，效果较好，有效的降低了球机裸露在自然环境中受到冰雾的干扰，提高了球机监控的质量。本项目是贵州电网打造的省级众创空间平台的产物，职工创新一站化服务平台的建设为职工创新提供了新的项目研发思路和项目全过程管理模式。