紅外精確測溫數據管理后臺的研制

張舒怡

（國網福建省電力有限公司廈門供電公司，福建 廈門 361006）

1 課題提出

二次設備紅外熱像檢測是變電運維負責的帶電檢測項目之一，紅外熱成像檢測需2名運維人員（一人監護一人操作）同時進行，開展一次全站紅外測溫流程長、工序復雜，一次紅外精確測溫需要進行如下工作：工具及材料準備、紅外圖譜照片拍攝、現場數據記錄、紅外圖譜分析和處理、精確測溫報告編制、數據上傳PMS這6部分組成。目前紅外圖譜檢測模式存在很多弊端：（1）現場檢測流程煩瑣，主要因為變電站設備多，拍攝順序很容易弄混亂，并且紅外測溫過程中需要手工記錄數據，很難確保數據的真實性和準確性，并且記錄數據也需要耗費很多時間；（2）圖譜處理過程復雜，檢測數據需要手工從檢測設備中導出并進行人工命名，耗時長，此外不同測溫儀器的圖譜分析軟件不同，運維人員須精通各種處理軟件，對運維人員的專業要求很高，而在實際工作過程中運維人員常常由于對分析軟件不熟悉造成圖譜分析時間的增加；（3）圖譜數據歸檔耗時長，主要原因在于圖譜分析后運維人員需要讀取每張圖譜上的溫度、風速、輻射率等參數，形成紅外測溫檢查報告，之后再將檢測報告和紅外譜圖數據打包上傳PMS系統，可見整個數據歸檔過程耗時長、程序復雜，數據的時效性也不足[1]。由此可見現有的精確測溫模式給運維人員增加了很多工作量，圖譜從拍攝到上傳到PMS經歷了很多程序，圖譜數據的時效性也不夠，不利于運維人員對設備運行狀態進行動態感知。

針對所提出的問題，QC小組統計了所轄30個變電站全站紅外測溫特巡流程中各步驟的耗時，如圖1所示。

從圖中可以直觀看出，變電站精確紅外測溫特巡全過程平均用時達到130.21 min，紅外圖譜拍攝、紅外圖譜分析和處理、現場數據記錄、測溫報告編制、數據上傳PMS、發熱缺陷登記時間占比96.7%，為主要耗時點。紅外圖譜拍攝階段進行分析，該階段耗時最長，占比達到32.4%，分析后得出該階段除了常規拍攝照片所需要的時間外，小組成員發現由于變電站現場設備多，運維人員拍攝線路未固定，運維人員在拍攝過程中經常東奔西走浪費了很多時間；其次紅外圖譜分析和處理耗時占比達到26%，其耗時長主要原因是由于圖譜須從紅外測溫儀導入到內網電腦，并且還要人工一張一張地對拍攝圖譜進行命名；測溫現場數據記錄時間占比為16.3%，主要是因為現場拍攝時需要人工記錄拍攝設備的雙重名稱、圖譜編號、測量時間、現場溫濕度、風速等信息，記錄耗時長；測溫報告編制耗時占比13.4%，主要是編制報告過程中需要人為在檢查報告上輸入每張圖譜拍攝對象的設備雙重名稱、圖譜上溫度及環境參數等，工作量大；數據上傳PMS歸檔耗時占比8.6%，主要是需要將處理后的圖譜和測溫報告打包好上傳PMS，數據打包和上傳時間長。如果能研制一套數據實時傳輸的變電站紅外精確測溫數據管理后臺，能解決目前的需求問題，通過設計實現：

（1）紅外測溫儀具備導航功能，減少人員無效走動；

（2）實現圖譜自動命名；

（3）實現圖譜數據、環境參數自動上傳PMS存檔；

（4）實現檢測報告自動生成，檢測報告能讀取圖譜命名、圖譜溫度和環境參數等信息。

這樣可以節省整個紅外圖譜拍攝過程所花的時間，提高數據的實時性，有效解決目前的需求問題。

2 方案選擇

根據以上分析，QC小組認為要提升精確測溫的效率和準確性，在頭腦風暴下討論得到2種解決思路。解決思路一：基于紅外成像儀數據傳輸的紅外精確測溫數據管理后臺。該系統由可數據傳輸的紅外測溫儀及數據管理后臺組成。主要做法是改造各個廠家的紅外測溫儀，實現紅外成像儀數據上傳、自動命名、導航等功能，利用數據管理后臺對紅外成像儀上傳圖譜進行歸檔、數據分析并一鍵形成檢測報告。解決思路二：基于移動終端數據傳輸的紅外精確測溫數據管理后臺。該系統由裝設帶有無線傳輸功能SD卡的紅外成像儀、移動終端和數據管理后臺組成。以移動終端作為媒介，紅外成像儀實現與移動終端的數據交互，移動終端能將圖譜數據上傳數據管理平臺，并利用數據管理后臺對紅外成像儀上傳圖譜進行歸檔、數據分析并一鍵形成檢測報告。2種解決思路的選擇對比，如表1所示，設想方案如圖2所示。

表1 2種方案比較

圖2 數據管理平臺設想方案對比

2個方案進行比較。第一，方案一需要對不同廠家的紅外成像儀進行改造，改造成本高、耗時長，相比較下方案二無須對紅外測溫儀進行改造，只要在紅外測溫儀加裝一個帶有無線傳輸功能的SD卡即可和移動終端完成數據傳輸，工程成本小很多。第二，方案一中不同紅外測溫儀與數據管理后臺進行數據交互都需要一個單獨的數據接口，而方案二只需一個數據接口就實現移動終端和數據管理后臺的數據交互，成本更小。綜上所述，QC小組選擇方案二，研制基于移動終端數據傳輸的紅外精確測溫數據管理后臺。

3 目標制定

本QC小組目標是研制變電站的紅外精確測溫數據管理后臺，該系統由可實現數據傳輸的紅外測像儀、移動終端以及數據管理后臺3部分組成。該系統以移動終端作為媒介，紅外成像儀實現與移動終端的數據交互，移動終端能將圖譜數據上傳數據管理后臺，并利用數據管理后臺對紅外成像儀上傳圖譜進行歸檔、數據分析并一鍵形成檢測報告。

量化目標：在保證作業質量及人身、設備安全的情況下，使用紅外精確測溫數據管理后臺對缺陷設備進行精確測溫時間從現有的130 min降低至90 min。

4 方案設計

根據設計目標，研制的系統可分為數據管理后臺、移動終端、紅外成像儀3個部分進行設計。

系統數據管理后臺能實現紅外圖譜接收、報告一鍵自動生成、缺陷登記、數據歸檔等功能。該后臺采用64位1.4 GHz四核CPU為處理器的主機，在性能上能滿足紅外熱成像數據處理的要求。該主機輸入電源方式靈活，提供普通市電及太陽能板供電2種方式，且主機采用靜音散熱片，滿足散熱需求。此外，為防止斷電、雷擊尖峰、浪涌、頻率振蕩、電壓突變、脈沖干擾等問題對主機造成影響，系統數據管理后臺需配置UPS電源，即不間斷電源，通過逆變器等模塊將直流電轉換為市電。如圖3所示本系統采用后備式UPS，平時處于蓄電池充電狀態，在停電時逆變器緊急切換到工作狀態，將電池提供的直流電轉變為穩定的交流電輸出。在后臺軟件開發方面，本系統在PMS基礎上構建應用程序，無須另外開發，與內網數據庫兼容性強，能夠實現自動升級，操作簡單[2]。

圖3 系統總體設計框架

如圖4所示，移動終端主要實現圖譜接收、圖譜上送、歷史數據回溯、實時數據查看等功能。移動端在數據傳輸方式上采用無線傳輸的方式，無線傳輸是通過Wi-Fi連接，手機能與紅外測溫儀通過Wi-Fi實現數據連接。無線傳輸的優點在于傳輸速度與傳輸距離上，其最大傳輸距離可達300 m，最大傳輸速度可達300 Mbit/s。由于本系統要實現圖譜數據的實時傳輸，圖片相對于文本來說占用的存儲空間更多，用藍牙來傳輸圖片數據速度較慢；并且對于變電站來說，變電站整個面積很大，藍牙信號很難覆蓋全設備，因此移動端選用無線方式來進行數據傳輸。另外移動端App基于i國網平臺二次開發，無須開發專用App，開發成本低，與內網各系統兼容性強，如圖5所示。

圖4 數據管理后臺

圖5 移動終端App

紅外測溫儀應具備數據無線傳輸功能，并且儀器內嵌定位模塊，能實現拍攝導航與自動命名功能。未實現儀器無線傳輸功能，紅外測溫儀帶Wi-Fi功能的SD卡實現數據傳輸，紅外圖譜拍攝后，保存在卡中的圖譜照片就可以實時通過存儲卡上的Wi-Fi功能上傳至移動終端[3]。另外，QC小組根據平時對變電站的精確測溫路線建立拍攝導航包，該導航包與PMS設備臺賬相關聯，運維人員依次根據導航包的設備臺賬順序進行測溫，圖譜與設備臺賬能夠直接關聯，并將臺賬名稱直接給賦予圖譜進行自動命名，如圖6所示。

圖6 紅外測溫儀使用界面

5 效果檢查

5.1 技術效果

QC小組使用對紅外精確測溫數據管理后臺對所轄30個變電站進行全站紅外精確測溫并進行數據歸檔，紅外測溫全過程平均用時縮短為67 min，用時達到了活動指定的目標值。

5.2 經濟效益

活動前紅外測溫作業平均用時為130 min，活動后平均用時為67 min，縮短了約63 min。依每次作業時間減少63 min計算，班組一年電氣設備紅外全巡100次，可減少作業時間約105 h，以每人次50元/h計算，2人操作可節省10 500元。

5.3 社會效益

由于使用變電站的紅外精確測溫數據管理后臺后可以減少停電時間，解放出來的人力可以用于其他工作，可提高人員勞動效率，減少工作成本，提高了現場工作安全性、供電可靠性，切實保證現場工作安全可靠，提升供電服務質量和公司形象，具有良好的社會效益。