電纜終端場紅外測溫自動巡檢系統(tǒng)設(shè)計

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司肇慶供電局 曾祥偉 楊 喆 鄭耀華

在電力運行過程中，出現(xiàn)故障的主要原因大多數(shù)是由于電力設(shè)備溫度過高、發(fā)熱引起，對電力設(shè)備實施溫度自動巡檢是電力運行的保障。在電力線路建設(shè)過程中，由于路徑的限制，許多架空線不得已轉(zhuǎn)為地下電力電纜。在架空線改為地下電纜處大部分會采用電纜終端場的形式實現(xiàn)。紅外測溫技術(shù)檢測設(shè)備溫度方面具有直觀、非接觸性的優(yōu)勢，在巡檢電力設(shè)備中應(yīng)用范圍廣泛。電纜終端場采用紅外熱成像進行測溫，僅需將紅外鏡頭對被測部位拍攝即可獲取該部位的溫度[1]。紅外成像是通過紅外裝置測量輻射的紅外線，將功率信號進行轉(zhuǎn)化形成電信號，經(jīng)過電子系統(tǒng)再轉(zhuǎn)化為溫度的圖像到屏幕中，最終獲取熱分布圖像。

電纜終端場紅外測溫自動巡檢系統(tǒng)可對數(shù)據(jù)進行分析處理，對紅外圖像進行分割處理，能實時測溫并傳輸數(shù)據(jù)[2]。傳統(tǒng)的測溫方法拍攝到的紅外圖像只能存儲在存儲卡中手動上傳到電腦，存儲空間有限，對數(shù)據(jù)的安全性存在隱患。電纜終端場紅外測溫自動巡檢系統(tǒng)將數(shù)據(jù)及時上傳到系統(tǒng)的服務(wù)器中并生成報表，安全性高，有利于監(jiān)控電纜終端場電力設(shè)備地運行。傳統(tǒng)人工運維巡檢周期長，往往在故障、威脅發(fā)生一段時間后才能發(fā)現(xiàn)。紅外測溫是實時在線監(jiān)測，在發(fā)現(xiàn)異常時上報平臺，通知運維人員及時處理。紅外測溫在電力設(shè)備故障檢測計算分析方面占據(jù)優(yōu)勢，因此提出了電纜終端場紅外測溫自動巡檢系統(tǒng)的設(shè)計。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

在電力線路建設(shè)過程中，由于路徑的限制許多架空線不得已轉(zhuǎn)為地下電力電纜。在架空線改為地下電纜處大部分會采用電纜終端場的形式實現(xiàn)。電纜終端場/塔一般會在塔身或塔下設(shè)置電纜固定支架平臺，電纜終端頭、避雷器等設(shè)備安裝在平臺上，電纜終端頭用于連接架空線和電纜。

本文設(shè)計的電纜終端場紅外測溫自動巡檢系統(tǒng)采用ETHERNET標(biāo)準(zhǔn)，與管理網(wǎng)連接，接口采用RS-194、RS-312通訊接口，通信協(xié)議采用ETHERNET IEEE 804.1，支持IPX、TCP IP。紅外測溫傳感儀器以探測器、FPGA板等組成。系統(tǒng)的最前端設(shè)置測輻射紅外儀器，是一種消耗功率較低的硬件，以分散形式排列分布。此硬件集合了避雷器和制冷器，確保各個組件都處于密閉狀態(tài)。硬件的陣列分布與電路相結(jié)合，結(jié)合脈沖振動的方式對系統(tǒng)硬件的像素信號深入研究（圖1）。

圖1 電纜終端場紅外測溫硬件結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

電纜終端場紅外測溫自動巡檢系統(tǒng)的硬件設(shè)計完畢后，對該紅外測溫自動巡檢系統(tǒng)軟件進行以下設(shè)計。本文設(shè)計的電纜終端場紅外測溫自動巡檢系統(tǒng)以Visual為設(shè)計軟件的基礎(chǔ)。

2.1 系統(tǒng)功能

配置紅外測溫巡檢策略：配置電纜終端場紅外測溫對象（接線柱、套管、尾管），包括測溫目標(biāo)位置、測溫方式（點測溫、區(qū)域測溫）、目標(biāo)材質(zhì)及發(fā)射率、目標(biāo)距離、測溫巡檢時間。在線紅外測溫裝置會根據(jù)紅外巡檢策略進行自動巡檢測溫；微氣象輔助紅外測溫：在線紅外測溫裝置具有能采集現(xiàn)場微氣象數(shù)據(jù)（溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向、雨量、氣壓、光照度）功能，系統(tǒng)將現(xiàn)場氣候環(huán)境（微氣象）應(yīng)用于紅外測溫，排除氣候條件對紅外測溫帶來的影響。

2.2 自動紅外診斷

系統(tǒng)內(nèi)置《DL/T 664-2016帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》中各類設(shè)備的熱缺陷診斷判據(jù)。獲取紅外測溫結(jié)果后，通過下述方法，結(jié)合診斷判據(jù)自動分析診斷被測部位的熱缺陷狀態(tài)（正常、一般缺陷、嚴(yán)重缺陷、緊急缺陷）：表面溫度判斷法。根據(jù)設(shè)備表面溫度值，結(jié)合環(huán)境氣候條件判斷被測對象溫度是否超過閾值；實時分析判斷法。在一段時間內(nèi)連續(xù)監(jiān)測同一對像，觀察設(shè)備溫度隨負(fù)載、時間等因素變化，判斷相對溫差或絕對值是否超過閾值；三相比較判斷法。對同類設(shè)備三相之間對應(yīng)部位的表面溫度進行分析判斷，判斷三相相對溫差是否超過閾值。

系統(tǒng)可根據(jù)紅外診斷結(jié)果自動生成報告，包括線上報告和電子檔報告，方便運維人員快速查看和批閱。

線上報告：在系統(tǒng)界面上直接查看，可快速獲取紅外診斷結(jié)果信息（可見光圖、紅外圖、氣候條件、測溫結(jié)果、可信度），還可通過測溫曲線的了解測溫點溫度變化情況：表面溫度判斷法。根據(jù)設(shè)備表面溫度值，結(jié)合環(huán)境氣候條件，判斷被測對象溫度是否超過閾值；實時分析判斷法。在一段時間內(nèi)連續(xù)監(jiān)測同一對像，觀察設(shè)備溫度隨負(fù)載、時間等因素變化，判斷相對溫差或絕對值是否超過閾值；三相比較判斷法。對同類設(shè)備三相之間對應(yīng)部位的表面溫度進行分析判斷，判斷三相相對溫差是否超過閾值。

可導(dǎo)出Word版報告，方便運維人員批閱。

2.3 電纜終端場紅外測溫工作原理

電纜終端場電氣設(shè)備由于接觸不良、材質(zhì)損耗等因素導(dǎo)致熱缺陷，會引起溫度升高。對電纜終端場設(shè)備進行測溫，可及時發(fā)現(xiàn)故障部位。電纜終端場測溫主要關(guān)注電纜終端頭、避雷器、線夾，其中電纜終端頭的測溫是重點。電纜終端場采用紅外熱成像進行測溫，僅需將紅外鏡頭對被測部位拍攝即可獲取該部位的溫度。電纜終端頭（每回路有三相）是架空線轉(zhuǎn)向電纜的過渡部分，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、極易發(fā)生故障，需要重點監(jiān)測。電纜終端頭測溫部位主要有接線柱、套管和尾管。

2.4 實驗分析

為驗證本文提出的電纜終端場紅外測溫自動巡檢系統(tǒng)的有效性，對其進行相關(guān)的實驗分析。本文實驗采用對比的方法，將本文提出的自動巡檢系統(tǒng)與傳統(tǒng)的巡檢系統(tǒng)進行對比分析。在接線柱、套管、尾管紅外圖配置測溫區(qū)域（矩形），測溫時即可獲取測溫區(qū)域的最高溫。如圖2左列是可見光圖、右列是紅外圖。

圖2 接線柱測溫

本文提出的電纜終端場紅外測溫自動巡檢系統(tǒng)，對電纜終端場電力設(shè)備的巡檢診斷結(jié)果誤差率較傳統(tǒng)系統(tǒng)巡檢的誤差率存在較大差異，本文提出的巡檢系統(tǒng)自動診斷結(jié)果的誤差率較低，相對的故障診斷結(jié)果準(zhǔn)確性較高，因此，本文提出的電纜終端場紅外測溫自動巡檢系統(tǒng)在實際應(yīng)用中對電力設(shè)備的故障診斷起到了重要的作用。

綜上，針對電纜終端場電力熱設(shè)備故障等問題，本文提出了電纜終端場紅外測溫自動巡檢系統(tǒng)。首先對自動巡檢系統(tǒng)的硬件進行了設(shè)計，其次對自動巡檢系統(tǒng)的軟件進行了改進。選擇紅外測溫自動巡檢精度及范圍；計算出電纜終端場溫升與溫差，判斷出故障的嚴(yán)重程度，對紅外測溫圖像進行濾波預(yù)處理，最終基于紅外測溫圖譜數(shù)據(jù)對熱設(shè)備故障進行診斷。實驗證明，本文提出的自動巡檢系統(tǒng)對設(shè)備故障診斷的誤差率更小，有效地提高了電纜終端場故障診斷的準(zhǔn)確率。