基于红外热成像原理的变电设备在线监测系统.pdf

1、基于红外热成像原理的变电设备在线监测系统【摘要】论文首先综述了变电设备在线监测的发展以及目前国内外的研究现状，指出了在线监测技术对电力系统减人增效、减少安全事故、避免潜在故障发展为功能故障过程中的意义与重要性，今后将以集中、高智能化、高精度为发展方向。着重论述了红外热成像变电设备在线监测系统的设计与实现：（1）研究了基于红外热成像测温技术变电设备在线监测系统的在线监测原理，针对变电设备在线监测的模型，设计了具有知识获取、推理机制的专家诊断系统。（2）在分析了变电设备监测数据采集需求之后，完成了红外热成像变电设备在线监测系统硬件组成与整体软件的设计工作，简要介绍了红外热成像设备与专家诊断系统工作

2、流程。【关键词】在线监测；红外热成像；智能变电站；预防性维护；状态检修1 变电设备在线监测的需求随着现代电力工业向着高电压等级，超大容量的发展，电力系统对安全可靠运行提出了越来越高的要求，电力工业不仅要能够提供充足的电能，也要提高供电质量和可靠性，同时要求减人增效。因此变电设备对整个电力系统安全运行起着举足轻重的作用。传统的对变电设备特别是变压器检修的预防性试验和定期检修方式，已不能满足供电可靠性的要求，无法适应现代变电设备的运行管理的要求，特别是高电压设备定期停电检修，不仅需要耗费大量的人力物力，而且，由于现行的预防性试验电压太低，无法真实反映运行电压下的绝缘性能和整个工作情况，因此急需对现

3、行的预防性维修制进行根本的变革，其发展方向必然是采用在线监测及诊断技术。2 红外温度监测与诊断变电设备的红外监测与诊断是一门新兴的学科。它是利用变电设备的致热效应，采用红外热成像设备获取从变电设备表面发出的红外辐射信息，进而判断设备状况和缺陷性质的一门综合技术。即任何高压变电设备外部故障缺陷，接点套管连接不良及故障时，都会通过温度变化反映出来，内部故障缺陷也可以根据设备内部结构、运行状态、故障点热传递形成，热量可以传导到设备外部，通过温度变化反映。如：变电设备引线接触不良、线圈导体接头虚焊、过负荷运行时都会引起导电回路局部过热，铁心多点接地也会引起铁心过热。实践证明，利用红外热成像技术不仅能测

4、出变电设备表面的温度，还能实时反映变电设备的温度分布，这对于早期发现缺陷，判断缺陷点位置，分析缺陷原因，都是非常有效的。根据我们多年来的实测数据统计分析，热缺陷按温升的高低及对设备的危害程度可将其分为一般性热缺陷、严重性热缺陷和危险性热缺陷三种。1）一般性热缺陷：其温升范围在 1020之间，与相同运行条件下的设备相比，发热点有一定的温升，用红外热成像设备测量仅有轻微的热像特征。2）严重性热缺陷：发热点温升范围在 2040之间，或实际温度在 6080之间，或设备相间温差范围在 1.52.0 倍之间，热图特征明显，缺陷处已造成严重热损伤。3）危险性热缺陷：发热点温升超过 40，或者最高温度已超过国

5、际 GB76390 所规定的该材料最高允许值。热图非常清晰，外观检查可看到严重的烧伤痕迹。3 红外热成像设备的应用物体的很多信息可以通过红外图像进行有效反映。红外成像是唯一一种可以将热信息瞬间可视化，并加以验证的诊断技术。红外热成像设备向您揭示热故障，并通过非接触温度测量加以量化，在专业的红外分析软件的帮助下，数秒内便可自动完成分析报告。几乎所有利用或者发射能量的物体在发生故障前都会产生发热现象。保证电气和机械系统运行可靠性的关键便是对能源的有效管理。现在，红外成像技术已毋庸质疑地成为预防性维护领域最有效的检测工具，它能够在设备发生故障之前，快速、准确、安全的发现故障。在一个电气接点发生故障之

6、前及时发现并进行维修，可以节省或避免因此造成的生产停工、产量下降、能源损耗、火灾甚至灾难性故障所带来的高昂代价。红外热成像设备的应用范围很广，主要用于电力预防性维护、冶金、化工、目标搜索、科研研究、建筑诊断、医疗及生产监控等等用途。特别是用于电力设备预防性维护、检测方面，具有很大的优越性：1）远离被检测设备，保证安全；2）非接触式测温，保证不影响设备原来的运行状态；3）大面积快速扫描检测，节省时间；4）测温范围宽，精度高；5）检测到位，能准确地发现设备的缺陷。4 红外热成像在线监测系统设计概述应用新技术对变电设备进行监测和试验，准确掌握设备的状态。及时发现运行设备的缺陷故障，是电力行业变电设备

7、管理维护开展状态检修工作，急需解决的难题。在目前在线监测的探测器技术还不够成熟得足以满足状态检修需要的情况下，应充分利用成熟的在线监测探测器技术，对设备进行在线测试诊断，以便分析变电设备的状态，保证变电设备和系统的安全。操作人员可在变电站集控室、局监控中心、分控中心及 MIS 网上经授权的计算机实时监视控制前端在线式红外热成像设备，获取变电设备的热图及温度数据，迅速及时地发现设备故障，提高突发性事故的预警能力及智能化管理水平，为今后无人、少人变电站的实施创造条件。1）设计方案为了解决数据在长距离传输后所导致的失真问题，现在倾向于将微弱的信号就地进行转换，采用现场总线技术，由主机进行循环检测及处

8、理。分布式结构采用模块化结构和现场总线技术，它由安装在变电站内的数据采集及处理系统和安装在主控室内的数据分析和诊断系统，实现对变电站内的电气设备状态的实时在线监测。再通过通信网络，把若干个变电站的监测数据汇集到电力行业的相关管理部门，实现对多个变电站内的电气设备状态的实时在线监测。这种在线监测系统可用于无人值守变电站。2）系统结构设计系统的结构主要由四部分组成：计算机主控系统、云台控制系统、红外热成像监测系统、数据传输系统。这四部分共同完成数据的采集、处理、传输、显示和记录，以及实时在线监测和故障诊断。系 3）系统组成系统具体组成结构及流程为：红外热成像设备按照变电设备的分布情况进行分布式就近

9、安装，通过光纤通道与变电站主控室的控制主机联接。主控室实现人机对话，有各种输入输出设备，定期从各红外热成像设备读取数据，并向上一级控制中心发送数据和各种处理后的信息。本文针对目前变电设备在线监测系统的不足，经反复论证、考察和测试选用红外热成像探测设备作为变电设备运行状态在线监测的检测手段，重新设计和开发了基于红外热成像原理的变电设备在线监测系统，该数系统较其它变电设备在线监测系统有更高的检测数据准确性和可靠性。目前，变电设备在线监测系统依然存在几个问题没有很好的解决：1）测温精度不高，虽然系统设计时已经考虑了选用了国内外最先进的红外热成像设备，但还是很难达到检测精度要求，这有待于红外热成像测温

10、技术的完善。2）专家诊断系统的完善，专家系统是一种增长型的系统，随着技术的发展，需要不断改进推理机制和扩充知识库，以进一步提高系统诊断的准确性。变电设备绝缘在线监测与故障诊断是电力行业最具活力和潜力的技术领域之一，它的发展与传感器技术、软件技术的发展密切相关，这些领域的每一项突破性成就都有可能给在线监测技术带来深刻的影响。【参考文献】1李博.变电站主电气设备状态监测和故障诊断技术应用J.中国电力，2002，35（11）：3741.2关根志，贺景亮.电气设备的绝缘在线监测与状态维修J.中国电力，2000，33（3）：4649.3陈维荣，宋永华，孙锦鑫.电力系统设备状态监测的概念及现状J.电网技术，2000，24（11）：1217.4郭碧红，杨晓洪.我国电力设备在线监测技术的开发应用状况分析J.电网技术，1999，23（8）：6568.5程志华，张剑光.状态检修技术及其辅助分析系统的应用J.电网技术，2003，27（7）：1618.责任编辑：周娜