付新陽 蘇志剛 戚安國 宋 佳

（1.山東電力集團(tuán)公司，山東 濟(jì)南 250000；2.泗水縣供電公司，山東 泗水 273200；3.青島供電公司，山東 青島 266000）

0 引言

紅外成像技術(shù)就是利用現(xiàn)代高科技手段，在設(shè)備不停電的情況下，即在高電壓、大負(fù)荷條件下，檢測設(shè)備運(yùn)行狀況，通過對電氣設(shè)備表面溫度及其分布的測試、分析和判斷，診斷發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備運(yùn)行異常及缺陷。長期認(rèn)真的觀測就可以將部分事故檢修轉(zhuǎn)為預(yù)見性維修，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修，為安全正常運(yùn)行提供可靠的科學(xué)依據(jù)。國內(nèi)外大量實(shí)踐與資料證明，該項(xiàng)診斷技術(shù)，用來對變電站、發(fā)電廠及高壓輸電線路運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行無接觸、不停電的情況下的在線測量是一種先進(jìn)的、高效的、經(jīng)濟(jì)的檢測手段，在一定情況下比傳統(tǒng)的停電預(yù)試更能有效地檢測出與運(yùn)行電壓、負(fù)荷電流有關(guān)的設(shè)備缺陷。

目前，主要使用的紅外熱像儀手持形式的比較多見，手持紅外熱像儀一般使用方式，需要預(yù)先錄下關(guān)注點(diǎn)的圖像帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行離線分析，這樣并不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測、及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題。變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)可有效的節(jié)省人力及安排夜間巡視，可對機(jī)器人設(shè)定巡檢任務(wù)，在夜間及極端天氣狀況下對變電站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

1 紅外熱成像在電力上的應(yīng)用

紅外熱成像系統(tǒng)利用紅外探測器，接收物體按其表面的溫度自然輻射的紅外線，在不接觸的情況下，得到與物體表面熱分布相對應(yīng)的“實(shí)時(shí)熱圖像”，該熱圖像一定程度上通過其表面的熱狀態(tài)，反映出物體的自身狀態(tài)，對于涉及熱輻射的所有領(lǐng)域，它是一種理想的無損檢測工具。

電力設(shè)備的熱故障一般分為兩大類，即外部熱故障和內(nèi)部熱故障。電力設(shè)備外部熱故障指發(fā)生在裸電導(dǎo)體的接觸部分、刀閘接頭、電力設(shè)備的進(jìn)出線聯(lián)結(jié)處或?qū)Ь€的斷股、松股段，這些部分的電阻增加，大電流下降低導(dǎo)體和結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能，引發(fā)事故。大量資料表明，電力設(shè)備的外部故障，在數(shù)量上約占總數(shù)的90%。電力設(shè)備的內(nèi)部熱故障指異常發(fā)熱的部位在設(shè)備的內(nèi)部，被絕緣材料或金屬外殼封閉，不同電力設(shè)備的缺陷有不同的成因，不同的成因發(fā)出的熱量不同，表現(xiàn)在設(shè)備的表面的溫度亦不同。

紅外熱像儀檢測電力設(shè)備的具有很大的優(yōu)越性。遠(yuǎn)離被檢測設(shè)備，保證安全；能夠快速大面積的對變電站的設(shè)備進(jìn)行檢測，節(jié)省時(shí)間；能直接，有效的檢測與運(yùn)行電壓、負(fù)荷電流有關(guān)的缺陷，能準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)缺陷部位，還能對缺陷的性質(zhì)和程度作出判斷。

2 紅外熱成像受干擾的因素

在紅外熱像儀的檢測應(yīng)用中，影響測量的主要變量有黑度（發(fā)射率[1]）、環(huán)境介質(zhì)、物體的不透明性、物體大小以及大氣等等。主要的影響因素有如下幾個(gè)方面：

2.1 大氣對紅外檢測的影響

大氣條件對紅外檢測的影響是很大的，水蒸汽能吸收紅外輻射，設(shè)備表面的水膜能改變表面溫度和發(fā)射率，刮風(fēng)能使自然對流散熱變?yōu)槭芷葘α魃?，對設(shè)備的溫升值影響很大，大氣的散射和吸收，使紅外輻射發(fā)生衰減等等將嚴(yán)重的影響紅外系統(tǒng)的工作。

2.2 太陽光輻射影響

太陽光或其他發(fā)光物體，在被測物體上的反射和漫射，將影響紅外測溫儀器的正常工作，因?yàn)榘滋鞆?qiáng)烈的太陽光含有各種波長的電磁波，它們在電力設(shè)備上的反射和漫射在3～14 微米波長內(nèi)的分布極不穩(wěn)定，且無規(guī)律。而這一波長區(qū)域與紅外熱像成像設(shè)備設(shè)定的波長區(qū)域接近，直接影響了現(xiàn)場紅外熱像檢測的正確判斷。

2.3 風(fēng)速對測量的影響

室外運(yùn)行的電力設(shè)備，由于受風(fēng)力對流冷卻的影響，散熱系數(shù)增大，缺陷設(shè)備的溫升將下降。影響對設(shè)備的正確判斷。因此大風(fēng)天氣不建議用紅外檢測。

2.4 鄰近物體輻射的影響

當(dāng)鄰近物體溫度比被測物體的表面溫度高得多或低得多時(shí)，鄰近物體的熱輻射反射，將對被測物體的測量造成影響。被測物體與鄰近物體的溫差越大，輻射率越小，來自鄰近周圍物體的輻射干擾就越大。

2.5 輻射率的影響

輻射率是一個(gè)描述被測物體相對于黑體輻射能力大小的物理量。紅外測溫裝置從物體上接收到的輻射能量大小與該物體的輻射率成正比。

使用紅外熱像儀檢測電力設(shè)備時(shí)，特別在要對電力設(shè)備故障診斷時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：紅外檢測工作在規(guī)定的大氣條件下進(jìn)行，最好選擇在晴朗，無塵或無大風(fēng)的夜間進(jìn)行；盡可能接近被測物體，使其在屏幕上占據(jù)較大的空間；調(diào)準(zhǔn)聚焦，使物體邊界清晰；盡量正對被測物體，盡可能避免與被測物體表面角度小于40 度；注意避開附近的其他紅外輻射源，移動紅外測試儀，觀察物體上熱分布的變化，以區(qū)分是否是反射。

3 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

變電站巡檢機(jī)器人的監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，依據(jù)無線網(wǎng)橋?yàn)榉纸纾麄€(gè)結(jié)構(gòu)劃分為基站和移動站。通信系統(tǒng)主要由無線局域網(wǎng)通信和多級控制通信組成。

在無線局域網(wǎng)的構(gòu)成中，通過兩套無線網(wǎng)橋組成了無線局域網(wǎng)的主要通信設(shè)備。其符合IEEE802.11b 國際標(biāo)準(zhǔn)，完全兼容現(xiàn)有的局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。使用國際公開的ISM 5 .8GHz 微波頻道通信，速率最高達(dá)30Mbps，與普通局域網(wǎng)有線連接速率無異。并且抗干擾及信息保密性高，設(shè)有40/128-bit WEP 加密，SNMP 鑒定許可訪問權(quán)。發(fā)射性能為RF 輸出功率20dBM（最大），頻率穩(wěn)定性±25ppm，傳輸距離可達(dá)30km/11Mbps，滿足機(jī)器人移動范圍的要求。因此，它們的性能完全符合使用要求。[2－3]

機(jī)器人系統(tǒng)中的基站和移動主體的主要連接設(shè)備是無線天線。移動站的無線網(wǎng)橋主要通過Switch HUB 連接了運(yùn)動控制計(jì)算機(jī)、視頻服務(wù)器、串口網(wǎng)關(guān)等設(shè)備?；镜臒o線網(wǎng)橋也是通過Switch HUB 和基站控制計(jì)算機(jī)、串口網(wǎng)關(guān)等設(shè)備連接。連接到無線局域網(wǎng)中的這些設(shè)備都直接分配了IP 地址，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備之間的點(diǎn)對點(diǎn)通信。本機(jī)器人的主要控制體是運(yùn)動控制計(jì)算機(jī)，通信控制接口主要提供RS232 接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和控制。

紅外檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由在線式紅外熱像儀、可見光一體攝像機(jī)、視頻服務(wù)器、HUB、無線網(wǎng)橋和基站控制計(jì)算機(jī)組成。紅外熱像儀采用固定式紅外熱像儀，其具有PAL 視頻接口、RJ45 網(wǎng)絡(luò)控制接口、DC12V直流電源接口，功耗5w。滿足機(jī)器人直流供電、低功耗的要求。視頻服務(wù)器的功能可以將采集來的可見光攝像機(jī)的PAL 信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，通過無線局域網(wǎng)傳輸?shù)交究刂朴?jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、存儲和歸檔，紅外熱像儀直接通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)回傳，分析等功能的操作。

這些部分有機(jī)的組成一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電站設(shè)備的狀態(tài)檢測任務(wù)?？梢姽鈹z像機(jī)和紅外熱像儀同時(shí)安裝在云臺上的護(hù)罩內(nèi)，兩個(gè)檢測設(shè)備相對于云臺是固定狀態(tài)，云臺的上、下、左、右的旋轉(zhuǎn)直接控制了檢測設(shè)備的狀態(tài)。這些所有的控制命令由移動站的控制計(jì)算機(jī)來完成?？梢姽庖曨l圖像的采集、傳輸工作由移動站控制計(jì)算機(jī)來完成?；究刂朴?jì)算機(jī)作為后臺的監(jiān)視的主要設(shè)備，同時(shí)具有可見光圖像和紅外熱成像顯示、分析功能和對檢測設(shè)備的后臺故障分析功能。

4 結(jié)論

在變電站的巡視檢測中，紅外熱成像技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)是很重要的檢測手段。在本機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，利用無線局域網(wǎng)技術(shù)，成功的解決了變電站工作設(shè)備的實(shí)時(shí)紅外檢測任務(wù)。并詳細(xì)說明了紅外熱成像在電力設(shè)備檢測中的應(yīng)用及其影響因素分析。文中還講述了無線局域網(wǎng)的工作方式方法和系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，軟件的實(shí)現(xiàn)過程。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是紅外分析的實(shí)時(shí)性能可靠，紅外檢測可以參考可見光圖像進(jìn)行目標(biāo)設(shè)備搜索從而達(dá)到準(zhǔn)確檢測的目的。經(jīng)過現(xiàn)場的運(yùn)行結(jié)果證明該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)、安全，達(dá)到及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題的目的，為變電站的設(shè)備檢修提供有力的科學(xué)依據(jù)。

［1］山東電力集團(tuán).電力設(shè)備紅外測溫診斷技術(shù)工作手冊[Z].

［2］DL/T664-2008-帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范[S].

［3］計(jì)算機(jī)自動測量與控制[J].2001，9(6):14-16.