譚振鵬

（廣東電網(wǎng)有限責任公司佛山供電局，廣東 佛山 528000）

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，溫度監(jiān)測逐漸變成了保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要手段，有諸多電力設(shè)備故障的發(fā)生原因都與溫度過高有直接關(guān)系。紅外成像測溫技術(shù)憑借自身優(yōu)勢在電力設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用，同時也在電力系統(tǒng)中發(fā)揮了巨大作用。文章以傳統(tǒng)紅外成像儀器設(shè)備自身存在的缺點為基礎(chǔ)，開發(fā)了新型紅外成像測溫系統(tǒng)，同時在電力設(shè)備中對系統(tǒng)進行準確測試。

1 新型紅外線成像測溫系統(tǒng)設(shè)計特點

新型紅外成像測溫系統(tǒng)與傳統(tǒng)紅外溫測裝置相比優(yōu)勢凸顯，其信息交互能力、經(jīng)濟性、可移植性、工作模式隨機切換性以及測溫準確性在電力設(shè)備運行中均獲得了廣泛應(yīng)用，詳情見圖1所示。

圖1 新型紅外線成像測溫系統(tǒng)特點

2 新型紅外成像測溫系統(tǒng)研制

新型紅外成像溫測系統(tǒng)的核心裝置為紅外測溫傳感器，其主要作用是利用電力設(shè)備熱輻射捕捉生成熱像圖，為后面數(shù)據(jù)分析提供參考。為了監(jiān)測現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)，可連接智能終端與傳感器來完成熱像圖的處理分析。在線監(jiān)測傳感裝置主要作用是實現(xiàn)后臺軟件控制功能，不僅包括對數(shù)據(jù)信號的采集與處理，還可實時監(jiān)控報警，充分體現(xiàn)了傳感器的綜合管理控制功能。

2.1 新型紅外測溫傳感器

監(jiān)測系統(tǒng)主要部分為新型紅外測溫傳感器，制冷與非制冷型探測器是目前紅外成像的重要組成。在電力系統(tǒng)運行過程中，新型紅外測溫傳感器主要負責信號之間的隨機切換，并根據(jù)電力現(xiàn)場對溫度監(jiān)測的需求，從設(shè)備便攜性進行考慮。紅外測溫傳感器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 紅外測溫傳感器結(jié)構(gòu)框架

據(jù)圖2所示，驅(qū)動板重要組成部分分別為AD轉(zhuǎn)換模塊、溫度控制以及偏置電壓模塊，而FPGA板則包括SRAM、FPGA模塊以及配置電路3部分。

2.2 在線監(jiān)測交互控制裝置

內(nèi)存、電源管理、處理器以及通信模塊是在線監(jiān)測交互控制模塊的主要組成部分。若紅外成像測溫系統(tǒng)需要通過在線監(jiān)測平臺進行工作時，要先連接USB接口與該監(jiān)測裝置，然后傳輸并儲存獲取的數(shù)據(jù)。FPGA是用來處理傳輸?shù)募t外圖像，然后通過處理器將其進行展示[1]。移動通信模塊可以支持紅外傳感器對電力設(shè)備疑似故障或特定設(shè)備故障進行監(jiān)測，并上傳其數(shù)據(jù)。在線監(jiān)測交互控制模塊如圖3所示。

圖3 在線監(jiān)測交互控制模塊

2.3 紅外測溫終端APP設(shè)計

為了實現(xiàn)紅外測溫終端的便攜性，可將智能設(shè)備與紅外測溫系統(tǒng)進行融合設(shè)計，將智能終端與紅外測溫傳感器利用USB接口相連接，然后再啟動紅外測溫App，即可完成。紅外測溫App的設(shè)計主要包括用戶功能層、核心功能層以及基礎(chǔ)功能層，每一層都由不同的模塊組成，各個模塊之間既可以相互聯(lián)系協(xié)同工作，又可以發(fā)揮自身功能。其核心功能為App的主干功能，通過分析紅外測溫發(fā)出的需求數(shù)據(jù)，設(shè)計滿足電氣設(shè)備的測溫需求。

2.4 PC端后臺軟件

PC端后臺軟件實現(xiàn)了對電力設(shè)備運行狀態(tài)的評估，具體包括對電氣設(shè)備溫度的遠程監(jiān)測、報警以及預(yù)警等功能[2]。在電力現(xiàn)場的維修和生產(chǎn)過程中，智能終端或監(jiān)控中心可利用PC軟件優(yōu)勢實時監(jiān)控現(xiàn)場，并查看和分析歷史數(shù)據(jù)，同時還可以查看當時的紅外成像等，促使監(jiān)測手段更加靈活。

3 新型紅外測溫系統(tǒng)性能測試

3.1 實驗室測試

根據(jù)Stefan-Boltzmann Law來設(shè)計紅外測溫系統(tǒng)精確度的測試實驗[3]。電力系統(tǒng)在正常運行情況下的黑體灰度曲線如圖4所示，環(huán)境溫度不同下的黑體溫度利用紅外傳感器灰度值與其進行擬合，達到溫度-灰度關(guān)系。

圖4 黑體定標溫度-灰度曲線

環(huán)境溫度為48 ℃的測溫結(jié)果如表1所示，環(huán)境溫度為37 ℃的測溫結(jié)果如表2所示。通常紅外測溫傳感器在對目標區(qū)域的溫度進行輻射采集時，周圍環(huán)境有溫度輻射并出現(xiàn)雜散紅外輻射的現(xiàn)象，致使采集到的灰度值與實際輻射之間存在一定誤差，這也就是為什么會出現(xiàn)測溫誤差。誤差曲線如圖5所示，根據(jù)測試數(shù)據(jù)與曲線圖可充分體現(xiàn)新型紅外測溫傳感器測溫的精確度能夠在電力設(shè)備實際生產(chǎn)運行中，滿足設(shè)備對測溫提出的需求，測溫誤差值在±2 ℃時，完全符合電力設(shè)備工作要求。

表1 環(huán)境溫度為48 ℃測溫結(jié)果

表2 環(huán)境溫度為37 ℃測溫結(jié)果

圖5 測溫誤差曲線

3.2 現(xiàn)場對比測試

本文為了驗證新型紅外測溫系統(tǒng)的各部分性能參數(shù)及可行性，采用Flires56手持式紅外熱像測溫儀作為參照，并在現(xiàn)場對桐柏抽蓄電站四號主變的C相套管開展實例測試[4]。通過測試結(jié)果證明了新型紅外測溫系統(tǒng)與FlireS56測溫設(shè)備所測出的溫度結(jié)果沒有差異，同時新型紅外測溫系統(tǒng)可利用裝有測溫App的智能設(shè)備來凸顯該系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的傳輸、儲存以及顯示功能，不僅攜帶方便，而且操作起來非常簡便[5]。

在線監(jiān)測控制裝置在電力設(shè)備實際生產(chǎn)環(huán)境中的可用性，也可通過設(shè)計相關(guān)實驗進行驗證。在線監(jiān)測控制裝置在模式切換及測量方面操作較為簡單，可充分利用后臺軟件對紅外測溫傳感器測溫現(xiàn)在進行布置，并通過連接移動網(wǎng)絡(luò)來控制紅外測溫終端系統(tǒng)[6]。

4 結(jié) 論

全文以傳統(tǒng)測溫裝置為基礎(chǔ)，設(shè)計研發(fā)新型紅外測溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由PC端后臺軟件、紅外傳感器以及智能移動終端等3部分構(gòu)成。通過設(shè)計實驗對新型紅外測溫系統(tǒng)進行測試，其測試結(jié)果充分滿足了現(xiàn)階段電力設(shè)備對測溫裝置的需求，如監(jiān)測范圍、測溫結(jié)果是否準確、靈活性、可移植性以及成本低等，并且可利用移動終端與紅外測溫系統(tǒng)的相互連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、分析以及儲存。