论高压配电设备红外在线监测系统的应用.docx

摘要电力设备是电网的重要组成部分。为保证电网安全、稳定、连续运行，避免因故障造成长期停机,需要对电力设备进行实时状态监测。红外检测技术是电气设备温度监测的有效技术手段。本文基于红外测温仪和红外热像仪这两种红外测温装置，研究电力设备红外测温关键技术。本文硬件系统选用高精度红外点温度计作为核心监控设备。红外测温仪安装在高速旋转的云台上。通过ZigBee模块与上位机通讯，可实现对高压配电设备关键部位的全方位测温：软件系统的设计采用1.abVIEW编写，实现高压配电设备温度信息实时显示在监控平台上。同时结合数据库对监测数据进行保存和分析。通过在变电站的实际实验，该系统可以完成高压配电设备的在线测温，测量效果达到硕期目标。系统性能好，监控功能好，后续开发能力强。关罐词：高压配电设备：红外在线监测系统：在线监测第1章绪论1.1 课题的研究背景和意义近年来，厨若智能电网的深入推进，电力行业向高电压、大容量'互联网化方向转变。保障电力设备安全、可持续运行变得越来越重要。闪此，对电力设备进行实时监控已成为保障其安全运行的有效手段。这将有助于发现设备的除患，采取有效的预防性维护措施，最大限度地减少停电的发生。电力设施发生故障的物理机制主要涉及电、磁、热、力等，但电力系统中的设备故障和事故大多具体表现为温度异常。当设备出现故障或异常时，相应故障点的温升变化会异常明显。因此,这些元件的温度信息可以作为电力设备状态检测的可靠依据。现阶段，根据不同的测温原理，有多种测温仪瑞和方法可供选择.然而，较传统的接触式测温方法在电力设备的温度监测中存在很大的局限性.例如，热敏电阻测温受高压电力设备的电磁和温度影响，接触元件易老化，稳定性差，电源技术难以攻克。光纤测温法虽然具有利用光纤整段进行测温的特点，但其分布特性非常适合测量一定长度的管状设备的温度，表面无电压，如温度输油管道、电缆等具行沿线分布特性的设备监测，对高压带电设备的测温有很大的局限性，难以实现对高压配电接触点的在线测温设备和配电柜“红外测温技术不仅可以远距离对目标进行非接触式在线监测，而且可以快速响应，快速获取被测设备的状态信息。同时还具有抗电熊干扰、安全稳定、性价比高等优点，可在不干扰被测设备运行的情况卜进行故障诊断和分析。因此，红外测温技术逐渐成为电力行业在线监测的有效技术手段。目前，红外探测在各个领域的应用越来越广泛和深入。以红外检测技术为核心的监控系统己成为电气设备监控的重点。常用的红外测温设备主要分为红外测温仪和红外热像仪。红外测温仪具有测温准确、结构简单、价格低廉等优点。适用于电气设备关键点的温度监测。红外热像仪通过红外探测器和光学成像物境实现热像测温，将物体发出的不可见红外热辐射转化为可见红外热像。是目前最主要的红外热像测温仪器。它采用实时扫描热成像技术进行温度分析，可以直观地显示电气设备的表面热场分布，价格较高。本文以红外测温仪为基础，研究J'电力设备红外温度监测关键技术，在电力设备红外温度在线监测系统设计、红外热像处理技术、影响因素及影响因索等方面进行r相应改进.1.2 国内外研究现状1.2.1国外红外检测技术研究现状I960年代中期，瑞典国家电力部门在欧洲率先将红外检测技术应川于电力设备故障检测领域，成功地进行J'电力设备故障诊断与分析.1970年代，国外工程师将红外热像仪安装在工程车辆或直升机上，对高压输电线路或其他电网设备的连接装冏运行状态进行巡检。相应的红外诊断故障判断程序和标准、红外检测技术规范也初步制定完成。最早在发达国家推广应用，效果显若。美国学者的研究表明，红外检测技术在电力设备检测中的投入成本与节省的维护成本和设备损耗成本之比为1:27。1990年电力设备故障红外检测技术研究得到国际大电网会议的大力支持。认为在电力设备红外检测领域，正处于从预防性故障维护到状态维护的转变过程中。该技术的推广对设备的预防性维护和状态维护具有重要意义。1993年美国电力大会上，两家著名电力公司详细分享了他们在红外技术方面的成功经验，成功地将红外热成像技术应用于各种电力设备的检测，并提出红外诊断可以说是关键手段设备检测、隐患排查、实时抢修.2003年，美国minimax公司宣布其生产的远程图像监控系统将统一采用HjR的红外热像技术.监控系统通过F1.1.R智能红外热像仪，实现对电力设备红外热像的远程实时监控，实时获取设备温度，及时发现电力设器热异常区域，判断运行状态以提高电力系统运行的安全性和供电的可靠性.1. 2.2国内红外技术检测应用现状1970年代初，我国开始在电力设备检测领域研究红外检测技术.其中，电气设备的连接器是最早的检测对象，采用的是我国研制的红外测温仪。80年代中期，各电力科研院所陆续推出更先进的光学机械扫描热像仪，积极开展发电、输变电设备故障的红外检测研究。特别是直升机巡线红外探测试验成效显着，UOkV.22OkV输电线路上进行了大范围的试验。90年代以后，各电力科研院所（所八省（市）电力局（供电后）和高校实验室在逐步扩大研究范围的基础上，开展了广泛的科研项目，枳累了更多的现场检测经验。现场红外检测范围。1988年国产手持式快速红外测温仪已用于检测变电站变压器等设备的连接，发现故障点较多，并指出有效距离不足、目标宽度不足等检测局限性：1995年，邯郸市电力局检修人员根据变压器油箱内部油异常与充油谎套管出现明显温差的原理，应用红外热像仪对多种型号的变压器进行诊断，综合结合几个例子进行分析；1997年，西北电力试验研究院对200多只变压器电容高压套管进行了红外检测，验证了红外检测的准确性，发现了变压器顶部接头过热、缺油等缺陷：2001年国内学齐研究了红外电力设备诊断技术对运行环境的要求，分析了外部环境、测温范围、测试距离、相邻设备的热辐射影响等。H前，我国电力工业不仅利用红外技术检测各种高压设备和架空高压输电线路的外国接头等外部故障,还成功地将其用了各种高压输电线路内部电路故障和绝缘故障的诊断。高压设备“此外，红外成像的应用还可以诊断高压开关绝缘棒和超高压绝缘工具的内部缺陷。经过大罡的现场试验和实验，研究人员掌握了各种电气设备内外故障的外观红外热像的基本特征,以及各种设备各种故障的大量典型红外光谱图和温度。装备变化规律。加快制定红外检测相关规范标准。2008年我们颁布了带电设备红外诊断应用规范(DUt664-2008),是对带电设备红外诊断技术应用标准规范(D1.1.664-1999)的改进版1999年，从而迅速提升红外检测技术在电力设备故障检测领域的地位。1.3 本文的主要研究内容和主要工作本文以红外测温仪为基础，研究电力设备红外测温关键技术如下：考虑到变电站设备的测温要求，根据用电设备的类型不同，测温主要针对电压等级在UoKV以上的室外配电设备的触点、电压等级为66的户内配电箱内的触点。35kV.以及主要用于发电厂的电缆和电缆接头的关键点。针对电力设备关键点温度监测问题，设计并实现了以红外测温仪为核心的电力设备红外在线监测系统。系统采用扫描云台，实现点测温与扫描测温相结合，时用电设备关键点进行全方位在线监控.人机交互界面和控制系统采用IabVIEW软件编写.通过实验调试，该系统测温精度高，运行可养。可实现电力设备温度数据采集、显示、存储、查询等功能。该系统操作界面荷堆，可移植性强，实用价值高。本文的章节如下：第一章介绍了选题的背景和意义，详细总结了国内外与该选题相关的现状，最后总结了选题的主要内容和主要工作。第二章介绍了红外辐射的基本规律，介绍了常用的红外测温仪、红外测温仪和红外热像仪的工作原理和应用方法，分析了它们各自的特点和优势。为后续工作提供了理论依据.第三章以红外i则温仪为核心，设计并实现了用电设备红外在线监测系统，选择了红外测温仪、扫描云台、无线通信模块等硬件。人机界面和控制系统由1.abV1.EW软件编写，利用不同功能的模块实现电力设备关键点的在线监测“笫四章重点介绍高压配电设备红外在线监测软件设计。通过编程语言的开发，设计了方便可辨的人机交互界面。第五章重点介绍该套设备在实际变电站中的应用，并通过现场安装增加相关测试经验。第2章红外检测技术相关原理分析1.4 红外辐射的基本规律现代红外探测技术是基于红外物理、红外光电技术、信号与信息处理技术、数字图像处理技术和计算机应用技术的综合技术。红外线实际上是一种波长在0.76Um、100Om之间的电磁波，按波长范围可分为近红外线、中红外线、远红外线和甚远红外线四大类。红外辐射是自然界中分布最广的电磁辐射之一。在常规环境下，任何物体的分子和原子都会产生不规则的运动，不断地朝射红外线能Sb分子和原子的不规则运动越剧烈，向外辐射的能屈就越大：相反，幅射的能量:越小。物体表面的温度可用于测景红外热辐射的能量。辐射能量越大，物体表面温度越高：反之，则表明物体表面温度较低。在自然界中，所有温度高于绝对零的物体都在不断地向周围辐射红外能量。红外辐射能场的大小及其波长分布与其表面温度密切相关。因此，通过测S1.物体自身辐射的红外能垃，可以准确确定物体的表面温度，这是红外热辐射测温的理论基地。2. 2红外探测仪器电力设备红外在线监测常用的红外测温仪有两种：红外测温仪和红外热像仪。2.3.1 红外测温仪红外辐射测温仪在测量物体表面温度时,实际上是测量目标物体在测温仪波段内的热辐射。根据被测目标的红外辐射能珏与温度的函数关系，温度计计算出被测目标的温度。红外辐射测温仪乂称红外测温仪，是一种结构简单的非成像红外测温仪器.由于它测量目标物体表面某一点附近某一区域的平均温度，故又称红外点温度计。与红外热像仪相比，具有结构简单、价格低廉、操作方便、携带方便等优点。红外测温仪由光学元件、红外检测单元和信号处理模块组成.光学元件的主要作用是采集被测目标的红外辐射能量，并通过仪器镜头将采集到的能量采集到红外探测器上。红外探测器将接收到的热辐射能量转换为电信号。电信号处理部分对红外探测器输出的微弱电信号进行放大，最后显示模块显示被测物体的表面温度。红外测温仪的种类很多，可分为便携式、住线式和扫描式。根据测温原理，分为单色温度计和比色温度计.便携式温度计易于携带。除了用于电力设备检膜外,在生活中也经常使用。在线温度计可以长时间测量温度，多用于设备关键点的在线监测.扫描式温度计是温度计和扫描式云台的组合,可实现测温角度和位置的转换.2.2.2红外热像仪红外热像仪是一种能够进行二维成像的红外测温系统。最早应用于军事领域，它掌握了红外成像技术，即掌握了夜间作战的主动权.附着时代的进步，民用红外测温仪已广泛应用于牛.活的方方面面。其中，红外热像仪在电力设备温度监测领域发挥若重要作用。红外热像仪可以快速有效地测Ift物体表面的实时温度，稔定、高效、可靠，不受电磁干扰的影响。与红外测温仪相比,它在两种情况下有两个突出的优点：一是测量表面温度分布不均的大面积目标的表面温度场：另一种是快速确定有限M域内的热点或过热M域.由于这两个优点，虽然红外热像仪功耗大、价格高，但它仍然是电力系统中必不可少的红外测温仪器.红外热像仪由光学成像物镀、光学扫描机构、红外探测器、前置放大器,视频信号预处理电路、显示记录系统和外围辅助设备组成24。通过非接触式检测，红外热像仪通过光学系统和扫描系统将被测物体表面的红外热减成像在红外探测器上,探测器将其转换成热像和温度值的视频信号,视频信号经过放大处理后送至终端故示器，形成目标物体表面温度分布的二维热像.图像中每个点的灰度值对应于被测目标上该点发出并到达红外探测器的辎射能量。通过计算,可以从红外热像中读出被测物体表面各点的温度值。第3章配网设备红外在线监测系统硬件设计3.1系统总体设计根据变电站高压电力设备关键点测温要求，测温系统硬件部分由红外测温仪、工控计算机、直流电源、云台、无线通讯模块等组成。可实现单点监控、扫描监控、异常温度报警、数据归档等功