非接觸式紅外測溫儀在變電站中的應用

劉晶

（貴州電網公司安順供電局，貴州 貴陽 561000）

隨著電力工業向著大機組、大容量與高電壓供電的方向迅速發展，保證供電系統的安全運行和保障電力設備時刻處于穩定良好的狀態，成了電力管理的突出問題。由于電力設備的熱效應是多種故障和異常現象的重要原因，因此，對電力設備的溫度進行密切監測，是保障電力設備運行可靠的必備手段。變電站作為電力系統運行的關鍵環節，對其在線實時監控具有重要的意義，熱像儀應用的安全效益十分明顯。

1 什么是紅外成像測溫技術

1.1 紅外診斷技術

任何有一定溫度的物體，都會以電磁波的形式向外界輻射能量。輻射能量的大小與該物體熱力學溫度的四次方成正比。利用這個原理制成的紅外測溫儀，無需與物體接觸，屬于非接觸式測量。紅外測溫技術是利用紅外探測技術獲取設備輻射狀態的熱信息，轉換成溫度后進行顯示的技術，它能測量設備表面上某點周圍確定面積的平均溫度，以溫度高低來判斷其工作狀態的正常與否。設備的紅外輻射通過大氣傳輸到紅外測溫儀，測溫儀中的光學系統將設備輻射的能量匯聚到探測器上，探測器將接收的輻射能量轉換成為電信號，經過信號處理后顯示出來。理論和實踐證明，運行中的高壓電氣設備運用紅外測溫方法比傳統接觸式測溫有利之處較多。

1.2 紅外熱成像技術

紅外熱成像技術是一種先進的在線檢測技術，可在設備不停電的情況下，檢測設備的運行狀況。通過對電氣設備表面溫度及其分布的測試、分析和判斷，準確地發現電氣設備運行中的異常和缺陷，從而使部分事故檢修轉為預見性檢修。應用紅外測溫儀和熱成像儀等診斷技術可實現設備運行狀態時遠距離、不停電、不接觸、不取樣、不解體的情況下，檢測出設備故障引起的異常紅外輻射和溫度，有效的判斷設備存在的外部缺陷和內部缺陷，從而實現故障隱患的提早發現并及時進行處理，是一種先進的監測手段。

紅外熱成像儀的功能及優勢：（1）通過對設備表面溫度分布的測量，可以分析設備內部熱損耗部位和性質，從而判斷該設備的健康狀態。熱點溫度直觀顯示，熱圖像清晰，能儲存和打印；（2）具有定性成像與定量測量的雙重功能，并有較高空間分辨率和溫度分辨率，能夠辨別很小的溫差。實時熱圖像能夠清晰顯示在屏幕上，為建立熱圖像數據庫提供了條件，實現了圖像采集、儲存、分析于一體的功能；（3）用紅外熱成像儀檢測設備，屬于遠距離非接觸式的掃描巡檢，可以保證人身設備的安全；（4）紅外熱成像儀檢測設備如同用攝像機錄像，能夠快速的對大面積的設備進行檢測，能夠準確、直觀的發現與運行電壓、電流有關的設備缺陷，還可對缺陷的性質、位置、程度做出定性、定量的判斷。

紅外成像測溫技術應用情況：變電站的設備（裝置）巡視是運行人員必須每天進行的一項重要工作，其手段方法一般為通過目測、耳聽和鼻嗅等來了解運行情況，其中有以目測為主。但目測的方法有著很大的局限性，對一些發展性的缺陷，特別是內部缺陷，發熱到一定程度后才有可能被發現。因此，在變電站設備（裝置）的巡視中，利用紅外成像測溫技術就能及時發現設備（裝置）的缺陷，特別是對保證安全可靠供電起到了積極的作用。紅外成像儀在日常的巡視中，能很清晰地顯示設備（裝置）的溫度場，對發熱情況作很直觀的觀察，對同一設備（裝置）的不同點溫度的異常也能及時發現。具有穩定、可靠、測溫迅速、分辨率高、直觀、不受電磁干擾以及信息采集、存儲、處理和分析方便等優點，具有其它測溫儀不可替代的優點。但紅外成像儀也存在重量大和價格貴等缺點，因此，紅外成像儀要作為運行人員日常巡視的必備工具還不現實，但季度查評、定期夜檢查或在特殊時期的檢查（如電網迎峰度夏或高峰負荷時）中使用，能收到相當明顯的效果。

2 遠程紅外測溫視頻監控系統

遠程紅外測溫視頻監控系統由攝像機、數字云臺、紅外測溫儀、網絡視頻服務器、交換機、網絡通道、監控軟件及監控終端等組成。本系統的最大特點是在普通的遠程視頻監控系統中加入高精度的數字云臺和紅外測溫儀，組成了視頻、溫度遠程自動檢測系統。系統將自動保存每次溫度巡檢的記錄，并可同時進行視頻錄像。一旦系統檢測到溫度異常（即超出高低溫度區間設置），就會通過監控屏幕的閃爍和報警聲音提示。顯示、報警、預置、記錄查詢等都在監控中心實現。這樣，既保證了測量的及時性，又減輕了人力、物力的消耗。

變電站紅外與視頻監控系統可以定時定點對變電站預置各測量點（每套前端采集裝置最多可以設置56個測量點）自動進行數次溫度和圖像掃描，通過網絡實時將各點溫度、圖像上傳并存儲于監控主機，同時能夠在溫度越限后自動報警，提高了變電站變電設備（裝置）溫度、視頻監測的智能化、信息化、網絡化水平。

本系統最大特點是在普通的遠程視頻監控系統中加入高精度的數字云臺和紅外測溫儀，組成了集視頻、溫度監控于一體的遠程變電站自動監控系統。本系統綜合運用了多媒體視頻技術、計算機網絡技術、人工智能技術，實現了視頻監控系統的網絡化、數字化、應用的多媒體化以及管理的智能化。該系統能夠實現熱故障狀態檢測和診斷、設備檢測和監控、漏熱檢測、測溫分析、溫度檢測、紅外無損探傷、溫度異常報警等方面功能，安裝該套系統將極大提高變電站安全運行能力，防患于未然，避免損失。該系統的使用與推廣，能夠實現總公司、分公司、變電站根據權責對各變電站關鍵部件溫度、圖像進行網絡化安全監測，達到減員增效目的。

在實現變電站自動化系統綜合管理的過程中，各級電網調度中心都配置了不同檔次的遠程圖像監控系統(遙視系統)。實踐表明，遙視作為傳統四遙的補充，功能已經實用化，并且達到了遠方巡視的預想目標。目前的圖像監控系統大多作為一套獨立系統單獨運行。隨著電力系統自動化水平的提高，這種運行方式的缺陷也暴露出來。有關學者提出構建遙視與能量管理系統(EMS)的協同系統、多媒體監控和數據采集（SCA-DA)系統以及圖像監控與SCADA系統的互聯系統等。但是，上述系統僅實現了遙視功能與傳統四遙功能的融合，提供的仍然是現場可見光圖像信息。設備的熱狀態是反映設備運行狀況的重要方面，如果在遙視系統中融入測溫功能，使集控站工作人員在遠程巡視的同時能夠得到感興趣的設備溫度，將為電力系統的安全運行提供更可靠的保障。

當前普遍使用的熱成像儀，定期的對供電設備（裝置）進行溫度巡回檢測，一是費時費力，并且不能及時發現設備的隱患；二是成本高，一套熱成像儀至少是15~16萬元；三是受人為因素影響大，很容易漏測。針對以上情況研發的帶紅外測溫的遠程視頻監控系統能自動根據預定時間（檢測時間可以在監控中心設置）完成對預置點（預置點為40個）的溫度巡測，并通過網絡將溫度和現場圖像實時傳到監控中心。也可對預置點的溫度檢測設置高溫和低溫越限報警。

3 結論

紅外診斷技術是一項十分有效的新型設備故障診斷方法，促進非接觸式紅外測溫儀在變電站應用很有意義。

[1]彭利軍.光學測溫技術中的物理原理[J].物理測試，2006-09-30.