變電站紅外熱像儀測溫數據遠程讀取及傳輸研究

郭素梅　余健勇　馬承志　林雄德

摘要：文章提出了基于4G網絡和電力專網通信的遠程數據讀取和傳輸系統。該系統采用一體化的數據接口模塊，作為數據讀取傳輸的關鍵技術，能夠很好地利用普通的便攜式紅外熱像儀實現設備紅外熱像測溫的實時、穩定和可靠的數據讀取和傳輸，并且可以實現智能巡測、巡檢終端的遠距離無線接入。

關鍵詞：變電站；紅外熱像儀測溫；數據讀??；無線傳輸；一體化裝置 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM762 文章編號：1009-2374（2017）01-0025-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.012

變電站紅外熱像測溫是當前正在迅速發展和應用的技術之一。國內外許多電力公司從20世紀80年代就開始研究并推廣應用變電設備紅外測溫技術，發展到今天，紅外測溫技術已較為成熟，其在減少停電預防性試驗的時間和次數及在運行中及時發現設備發熱缺陷方面有獨特的優勢，極大地提高了供電可靠性。電力系統的供電可靠性是電力部門的一個重要課題，而高壓設備的安全運行是整個系統安全運行的基礎。

隨著國民經濟的發展，社會對電力供應的可靠性要求越來越高，新建設的變電站已經開始使用在線測溫技術來實時掌握運行中設備的發熱情況。而已建變電站設備的測溫未實現在線測溫，通常是由運行人員攜帶紅外熱像儀現場測溫來實現的。

電力變電站在運行過程中，設備溫度正常與否是判斷其運行狀態是否良好的一個關鍵信息，因此需要對其進行經常性的巡測、巡檢工作。目前變電一次設備在新接入、檢修后、帶缺陷運行、負荷突增、電網特殊運行方式等情況下，都需要運行人員定期進行溫度測量，以監測和掌握設備的運行狀態。現在一般采用人工手段攜帶紅外熱像儀進行，但是隨著電網規模的不斷擴大，遠郊變電站分布地域范圍變得越來越廣，給運維帶來了越來越多的不便和困難，主要表現在運維人員需要攜帶便攜式紅外熱像儀進行頻繁的設備測溫，花費較長的時間在往返路程上。這種傳統的方式大大浪費了人力、物力和財力，同時增加了交通風險。

現在運行人員在變電站測溫中使用的紅外熱像儀中部分設備具備數據接口擴展、在線數據讀取、遠程控制開發的硬件條件，但在日常生產中，運行人員往往僅使用到了人工手動測溫這一部分的功能，未充分利用到紅外熱像儀的全部功能，尤其對紅外熱像儀的高級應用

不足。

基于這種情況，本文充分考慮了生產中的實際需求，通過采用遠程數據讀取和無線網絡傳輸的方式，實現將現場采集的溫度監測圖像和數據，實時快捷地傳輸到設備運維中心。

1 技術方案

1.1 系統總體架構

為實現電力變電站現場紅外熱像儀測溫數據和圖像的遠程讀取和傳輸，系統的總體架構如圖1所示：

本方案變電站紅外熱像儀現場采用一體化的數據讀取和傳輸終端裝置，與近距離的移動4G基站進行無線通信，通過移動網絡接入互聯網，同時還可以通過Wi-Fi無線網絡或者RJ45接口就近接入電力專網，最終通過互聯網或者電力專網把數據傳輸到電力監控中心。

在偏遠地區地理環境受限，無法實現電力專網接入和無線移動公網接入情況下，設計通過一體化數據終端裝置傳輸現場測溫數據和圖像，通過已有的電力頻段的230MHz的無線終端實現對變電現場的圖像和數據的遠程傳輸，具有遠距離傳輸的特點，從而可以大大降低地理環境和現場條件的限制，達到實現同一裝置在不同變電站進行移動式的遠程測溫的目的。

利用變電站設備的溫度監測這一重要參數判斷設備運行狀態是否正常，經過改造的便攜式紅外測溫儀設計結合一體化的數據讀取和傳輸裝置，可以達到通過遠程監測溫度的方式來實現實時監控變電設備運行狀態的目標，進一步滿足智能電網信息化的要求。同時一體化數據傳輸裝置預留多個標準接口，還可以在同一變電站連接多臺測溫儀和其他傳感設備，實現對多套設備的運行狀態的監測，尤其在偏遠變電站需要在某一時間段內定期測溫時，將該設備裝設在設備場地，實現遠程運維，通過設定溫度測量周期和數據回傳周期來滿足不同測溫周期的運維要求。

1.2 系統硬件結構圖

系統硬件結構如圖2所示，采用創新的技術，達到領先的水平。

遠程數據讀取和傳輸是基于具有遠程數據采集和傳送功能的數據接口模塊，實現通過網絡接口TCP/IP和UDP協議進行通信，可以實現通過主控中心PC對遠端設備的遠程數據讀取和控制。

數據接口模塊設計可以實現設備側USB接口到TCP/IP的協議的接口轉換功能，它向上可以提供10M/100M自適應以太網接口，向下提供標準USB接口，實現USB到TCP/IP網絡和TCP/IP網絡到USB的數據傳輸。

數據傳輸采用基于4G無線通信，Wi-Fi無線接入和TDMA無線傳輸方式而設計的便攜式傳輸終端，能夠以無線接入的方式建立遠程傳輸的IP數據鏈路，該模塊在網絡傳輸方面采用先進的Peer-to-Peer對等聯網傳輸技術，整合先進的網絡傳輸特性，完成信息交換、網絡分析和連接建立，該數據接口模塊的功能，最終接入互聯網（Internet），實現監測數據的遠程傳輸。

系統中設計MCU用于控制溫度數據的讀取和開關量的控制，它通過SPI接口與具備TCP/IP協議的以太網接口芯片實現通信，可以實現遠程的控制功能，可以實現對電源模塊的控制，達到節能的目的。

2 系統特點和功能

該方案設計和模塊設計均采用先進的技術，具有如下特點和功能：（1）實現標準化、規范化的設計及通信方式規范化、數據接入的規范化、協議的規范化、移動應用的規范化；（2）數據加密：所有接入數據均經過加密處理，以確保數據的安全性要求；（3）模塊化設計：軟硬件的模塊化結構和功能設計，具有標準化的連接接口，以及一致的輸入輸出接口，采用標準RJ45接口和USB接口；（4）遠程傳輸：采用先進的4G無線網絡技術、互聯網傳輸技術和電力專網傳輸技術，保證數據能夠具有電信級的穩定可靠的傳輸，還具有Wi-Fi無線接入的便捷性，能夠實現數據遠程傳輸的寬帶、高速、實時傳送的性能要求；（5）開放性設計：方案設計最終形成一體化的數據讀取和傳輸裝置，設計具有較高的開放性、集成性和靈活性，保證一體化裝置的整體性能的提高；（6）設計具備優良的遠程控制功能：一體化數據終端裝置可以實時監測電源供電系統的參數，并根據狀態參數遠程啟動/關閉相關設備，達到節能的目的，電源系統狀態參數可以上報主控中心，主控中心可以通過指令遠程實現設備的休眠/喚醒控制，實現節能。設備電源供電具有定時或自動進行開啟和關閉的功能，采用先進的遠程自動控制器件，利用先進的互聯網通信技術，可以根據運維業務需要實現主機遠程遙控遠端無人值守設備電源開啟和關閉，從而降低了設備巡測時間，提高設備工作效率，保證設備的可靠穩定運行；（7）工業級設計：設計均滿足工業級技術要求，并滿足相關技術規范要求，并采用優良的EMC設計，確保設備在惡劣的環境下具備良好的運行可靠性。采用航天軍工級的外殼和接頭設計，采用密閉的厚重金屬外殼，保證在各項特高壓近場環境中，具有優良的屏蔽外部電磁干擾的特性，也保證在惡劣環境條件下可以達到很高的可靠性。

3 結語

綜上所述，系統通過采用一體化的數據讀取和傳輸裝置，有效地解決了變電站紅外攝像儀測溫監測數據的遠程讀取和傳輸問題。在4G無線網絡和電力專用接入網的支撐下，借助該便攜式終端裝置，可實現電力測溫監測現場遠程傳送監測數據、圖像、視頻的即時通信、遠程監控等智能化的監測、巡檢方式。不僅可進行深層的信息互動業務，而且在設備運維狀態監測、設備缺陷跟蹤方面，進一步提供快速、有效的數據傳輸保障和信息支撐，因此具有較高的實用性和推廣價值。

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作者簡介：郭素梅（1983-），女，河北邯鄲人，廣東電網有限責任公司江門供電局工程師，碩士，研究方向：變電站運行管理。

（責任編輯：黃銀芳）