熱缺陷電氣設(shè)備的溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)

楊春旭 孫 靜 劉 杰 樊 慶 荊 晉

（1.臨汾供電公司，山西 臨汾 041000；2.北京鐵路局北京供電段，北京 100070）

隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，紅外熱像儀被廣泛應(yīng)用到電力系統(tǒng)的設(shè)備巡視[1]。由于其直觀高效的特點，可以很容易檢測出電氣設(shè)備的發(fā)熱點。運行的電力設(shè)備由于老化，松動，接觸不良，短路故障等原因都能造成過熱，大多數(shù)過熱點的設(shè)備從發(fā)熱到演變成為故障，需經(jīng)歷一個過程，在例行的設(shè)備紅外普測中可以很容易發(fā)現(xiàn)過熱點。根據(jù)缺陷嚴(yán)重程度，對于一般缺陷，需配合其他電氣設(shè)備的檢修來處理，在處理之前要求運行人員對過熱點進行定時測溫，監(jiān)視缺陷發(fā)展情況。由于定時測量受天氣，測量角度，測量人員等因素的影響較大，且測量的數(shù)據(jù)少，具有較大的波動性和偶然性[2-3]。

針對這一問題，設(shè)計了一套過熱點溫度實時在線監(jiān)測系統(tǒng)。當(dāng)熱像儀測得溫度過高如圖1所示的隔離開關(guān)閘口，該點溫度比其他正常的兩相，高出70℃，可確定為發(fā)熱點。確定發(fā)熱點后，用帶有瞄準(zhǔn)功能的紅外測溫儀實配合熱像儀進行實時監(jiān)測。

圖1 運行設(shè)備的過熱點

1 相關(guān)技術(shù)介紹

1）紅外測溫技術(shù)

自然界中所有物體都在向外輻射紅外線，紅外測溫正是利用這一特性根據(jù)物體輻射紅外波長來判斷物體溫度。紅外測溫具有測溫速度快，抗電磁干擾能力強， 不接觸、不停運、不取樣、不解體等優(yōu)點在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。目前常用的儀器主要有有紅外熱像儀和紅外測溫儀。紅外成像儀由于價格昂貴及構(gòu)造復(fù)雜，目前只用于設(shè)備巡檢，在線測溫處于起步階段，紅外測溫儀進行溫度在線監(jiān)測是很成熟的技術(shù)。

2）ZigBee技術(shù)

ZigBee是一種基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議，是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍牙之間的技術(shù)提案[4]。Zigbee主要工作于免授權(quán)的2.4GHz頻段，傳輸速率為10～250kbit/s，傳輸距離根據(jù)發(fā)射功率可遠至1km以上[5]。同其他的無線通信標(biāo)準(zhǔn)（藍牙、WIFI等）相比，ZigBee具有極低功耗、短時延、成本低、實現(xiàn)容易、數(shù)據(jù)傳輸可靠、安全性好等特點，使其適用于實時的工程控制應(yīng)用。

3）GSM短信技術(shù)

GSM即全球移動通信系統(tǒng)，采用時分多址技術(shù)，而且它是目前3種數(shù)字無線通信技術(shù)（TDMA、GSM和CDMA）中使用最為廣泛的1種[6]。短信息服務(wù)（SMS）為GSM系統(tǒng)提供了一種新穎、便捷、廉價的通信方式。SMS具有的優(yōu)點：一次可傳輸140Byte的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的內(nèi)容可以是字符或數(shù)字；在短消息傳送過程中，不進行呼叫連接建立和釋放的過程；在終端設(shè)備關(guān)機時，可以保持消息在一定時間內(nèi)有效；可以方便地實現(xiàn)小數(shù)據(jù)量的信息采集、數(shù)據(jù)傳輸和遠程控制[7-8]。

2 系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

本系統(tǒng)由溫度測量、Zigbee無線傳輸、GSM短信模塊、RS485轉(zhuǎn)232模塊及溫度數(shù)據(jù)后臺處理等4部分組成。測試點的溫度經(jīng)過紅外測溫儀之后，數(shù)據(jù)通過Zigbee無線模塊傳輸至主控室，經(jīng)過RS485轉(zhuǎn)232模塊上傳至后臺數(shù)據(jù)處理軟件，經(jīng)過處理后將溫度顯示在屏幕上同時儲存在數(shù)據(jù)庫SQL Server 2008中，期間如果有溫度過高超過規(guī)定值，會通過GSM模塊將相關(guān)信息發(fā)送到值班人員手機上，同時如果運行人員想要了解設(shè)備溫度狀況，也可以發(fā)送短信進行查詢。系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

3 系統(tǒng)安裝調(diào)試時的注意事項

1）要根據(jù)安裝位置到監(jiān)測點的距離和測量正對探頭的有效面積來選擇紅外探頭的距離系數(shù)。計算方式如下式（1）所示，如果選取的距離系數(shù)過小，被測目標(biāo)不能充滿探頭的視場，由于環(huán)境的平均作用，使得測量結(jié)果偏低。

距離系數(shù)計算如下所示

式中，L為距離（m）；Φ為目標(biāo)直徑（m）；KL為距離系數(shù)。

2）選取的紅外探頭應(yīng)有瞄準(zhǔn)功能。由于各個電壓等級都有相應(yīng)的安全距離，其中220kV的安全距離為3m。安裝時一個很小的誤差，到達監(jiān)測點會變得很大，不能達到測量的目的。

3）安裝時要注意，紅外測溫儀的鏡頭不能讓陽光直射，防止強烈的陽光損傷測溫儀。同時測量點背景反射的太陽光不能太強，過強會使測量結(jié)果有一個附加溫升，需加裝濾光板。

4）安裝時探頭與被測點之間不能有遮擋物，同時要經(jīng)常維護保持鏡頭的清潔。

4 系統(tǒng)特點

1） Zigbee無線模塊的使用，避免了長距離布線，安裝方便快捷，增強了實際應(yīng)用價值，同時Zigbee可以組網(wǎng)，保證了多點測溫時數(shù)據(jù)可中繼傳輸，極大的擴展了測溫范圍，實現(xiàn)全站覆蓋。

2）GSM模塊的使用保證了溫度過高能及時通知運行人員，防止缺陷進一步發(fā)展，使調(diào)度人員通過轉(zhuǎn)移負荷等手段降低發(fā)熱點溫度，以及通過調(diào)度及時安排停電檢修任務(wù)。

3）采用了SQL Server數(shù)據(jù)庫，將溫度存儲到數(shù)據(jù)庫中。通過編寫的軟件可以調(diào)取發(fā)熱點的溫度，通過溫度曲線可以直觀的看到發(fā)熱點得出溫度變化以及發(fā)展趨勢，實現(xiàn)了設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測。

5 結(jié)論

采用了紅外測溫儀，可方便地實現(xiàn)溫度在線監(jiān)測。Zigbee無線模塊具有通信可靠、傳輸距離遠的特點，避免了站內(nèi)長距離布線，減小了工作量，也便于設(shè)備維護。GSM模塊實現(xiàn)了無人值守變電站信息與值班人員的實時溝通，當(dāng)有缺陷發(fā)生時能及時通知值班人員，防止熱缺陷進一步發(fā)展。

該裝置具有安裝原件少，操作簡單，維護方便，實用性強的特點具有很高的應(yīng)用推廣價值。

[1] 李然.紅外測溫技術(shù)與變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)的融合研究與實現(xiàn)[J].電網(wǎng)技術(shù),2008,32(14).

[2] 俞睿默.在線測溫檢測技術(shù)在無人值班變電站應(yīng)用的可行性探討[J].華東電力,2009,37(7):1182-1185.

[3] 韓玉蘭,蘆興,路燦,等.高壓開關(guān)柜隔離觸頭溫度紅外檢測系統(tǒng)的研制[J].高壓電器,2008,44(6): 578-581.

[4] 張子紅,周鴻雁,等.基于Zigbee 技術(shù)的無線抄表系統(tǒng)的設(shè)計[J].電力系統(tǒng)通訊.2012,33(232):60-63.

[5] 呂宏,黃釘勁,等.基于ZigBee 技術(shù)低功耗無線溫度數(shù)據(jù)采集及傳輸研究與開發(fā)[J].國外電子測量技術(shù),2012,31(2):58-60.

[6] 林莘,張浩.基于GSM 短信技術(shù)的小電流接地選線裝置[J].低壓電器,2007,9:35-38.

[7] 唐忠,楊春旭,崔昊楊,等.基于GSM 短信技術(shù)的變電站紅外溫度在線監(jiān)測裝置[J].華東電力,2010,38(11): 1753-1755.

[8] 宋國峰. GSM 短信技術(shù)在電力變壓器檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣化鐵道,2006(3):43-45.