[關鍵詞]紅外熱成像技術；變電站；電氣設備；設備運行；溫度監(jiān)測；識別監(jiān)測

引言

變電站電氣設備的運行一般是存在較強的關聯(lián)性的，且運行時的狀態(tài)及覆蓋范圍直接影響日常的電力供應與調(diào)度效果。因此，需要設定對應的電氣設備運行監(jiān)測裝置，便于數(shù)據(jù)和信息的采集，匯總，并對管控的方案做出調(diào)整。其中，溫度監(jiān)測是關鍵且重要的一個環(huán)節(jié)。通常情況下，電氣設備多采用封閉式的內(nèi)置結構，散熱效果較差，運行時間過長后，熱積累也會增加，促使設備長期處于高電壓、大電流，甚至滿負荷的運行狀態(tài)，無形中增加了設備的運行壓力，危害電氣設備的電氣絕緣防護結構。為緩解這一問題，部分變電站設計了針對電氣設備運行的溫度監(jiān)測裝置，分周期對設備的溫度測定記錄，一段時間之內(nèi)獲得了良好的應用效果。但是傳統(tǒng)的變電站電氣設備運行溫度監(jiān)測多為單結構，參考文獻[1]和文獻[2]，設定傳統(tǒng)局部不變特征變電站電氣設備運行溫度監(jiān)測方法、傳統(tǒng)變權重組合變電站電氣設備運行溫度監(jiān)測方法，以上溫度監(jiān)測方式雖然能夠?qū)崿F(xiàn)溫度監(jiān)測目標及任務，但是缺乏針對性與穩(wěn)定性，再加上外部環(huán)境及特定因素的影響，導致最終得出的測試結果出現(xiàn)較大誤差，影響日常的工作效率，為此提出對基于紅外熱成像技術的變電站電氣設備運行溫度監(jiān)測方法的設計與驗證分析。所謂紅外熱成像技術，主要指的是運用光電技術來檢測物體熱輻射的紅外線特定波段信號，所獲取的信號能夠為人類的視覺分辨提供轉換后的圖像以及圖形，進而達到計算溫度值的目的。將該項技術與變電站電氣設備運行溫度監(jiān)測工作進行融合，一定程度上可以進一步擴大當前的溫度監(jiān)測范圍，逐步形成更加靈活、多變的監(jiān)測結構，面對復雜的背景環(huán)境，強化監(jiān)測效果，為后續(xù)相關技術的發(fā)展與完善提供參考依據(jù)。

一、設計變電站電氣設備運行紅外熱成像溫度監(jiān)測方法

（一）數(shù)據(jù)重構及圖像分割處理

電氣設備在日常的運行過程中會形成大量的數(shù)據(jù)，尤其是溫度數(shù)據(jù)信息，波動效率較大，針對性也相對較強，對于后續(xù)的監(jiān)測處理具有重要的作用。結合實際的監(jiān)測需求，進行數(shù)據(jù)重構及圖像分割處理。首先，在初始的監(jiān)測程序中設置傳感器元件，將光脈沖發(fā)射到光纖環(huán)境之中，逐漸形成反向散射拉曼光譜。此時，RDTS系統(tǒng)會生成一維實時性的數(shù)據(jù)以及信息，一定程度上也是電氣設備的溫度變動軌跡。

綜合紅外熱成像技術以及信號處理技術，設計一個數(shù)據(jù)重構程序，將所屬的數(shù)據(jù)信息進行轉化、篩選、分類等，按照順序進行數(shù)據(jù)的處理，以待后續(xù)的監(jiān)測使用。接下來，通過紅外熱成像技術，對所采集的圖像進行分割處理。在溫度圖像上找到一個標準的熱成像點，同時標定出像素值中突然不連續(xù)處，測定計算出邊緣值，具體如下公式1所示：

公式1中：L表示圖像分割邊緣值，β表示覆蓋范圍，手表示定向溫度監(jiān)測單元距離，χ1、χ2分別表示轉換監(jiān)測區(qū)域和實測監(jiān)測區(qū)域，K表示分割強度，λ表示環(huán)境溫度。將得出的圖像分割邊緣值設置限值基準值，形成一個穩(wěn)定的溫度監(jiān)測標準，完成基礎監(jiān)測環(huán)境的設置。

（二）設計溫度校正程序及多層級紅外熱成像監(jiān)測模型

溫度校正主要針對電氣設備在運行時溫度的波動以及變化設計的程序，具有一定的針對性。所以，將RDTS熱點設備接入校正程序之中，設置允許出現(xiàn)的最大偏差，隨即，通過RDTS設備來獲得溫度波動曲線，測定出當前的監(jiān)測溫度偏差，如下圖1所示：

根據(jù)圖1，完成對溫度校正偏差變動情況的分析，接下來，綜合當前的校正結果，結合紅外熱成像技術，構建多層級的設備運行溫度監(jiān)測模型結構，如下圖2所示：

根據(jù)圖2，完成對多層級設備運行溫度監(jiān)測模型結構的設計與分析，可以按照電氣設備的運行特征，設計多個溫度監(jiān)測目標，依照順序?qū)肫渲小ＴO置溫度的監(jiān)測周期，每一個周期都需要對設備的運行溫度進行記錄，形成完整的溫度監(jiān)測記錄方案，在模型中備檔之后，作為歷史數(shù)據(jù)供參考。此外，溫度數(shù)據(jù)以及信息的采集，也可以為后續(xù)電氣設備的異常維護提供理論借鑒，縮短維護效率，降低溫度監(jiān)測誤差。

（三）異常區(qū)域自適應標定實現(xiàn)溫度監(jiān)測處理

完成對溫度校正程序設計及紅外熱成像溫度監(jiān)測模型構建之后，接下來，采用異常區(qū)域自適應標定的方式來實現(xiàn)溫度監(jiān)測處理。首先，電氣設備在運行的過程中一旦出現(xiàn)異常，結合紅外熱成像技術，對異常區(qū)域作出標定，通過改進熱力平均溫差法獲取異常區(qū)域的圖像，利用設備進行溫度監(jiān)測，計算出當前的平均溫差，具體如下公式2所示：

Q=v2+ρ（1-V）（2）

公式2中：Q表示平均溫差，v表示溫度極限差值，ρ表示轉換比，V表示監(jiān)測耗時。結合當前的測試需求，將得出的平均溫差作為異常區(qū)域自適應標定的限制基準條件。每一個設備異常區(qū)域的溫差都是不同的，所以結合紅外熱成像技術調(diào)整當前的監(jiān)測標準，增加溫度監(jiān)測的靈敏度，同時最大程度消除存在的監(jiān)測誤差，確保對變電站溫度監(jiān)測的穩(wěn)定性與可靠性，保證電力設備的正常運行。

二、方法測試

對基于紅外熱成像技術的變電站電氣設備運行溫度監(jiān)測方法進行測試以及驗證分析，考慮到最終測試結果的真實性與可靠性，采用對比的方式展開研究，選定G變電站作為測試的主要目標對象，采用對比的方式展開分析，參考文獻[1]和[2]設定傳統(tǒng)局部不變特征變電站電氣設備運行溫度監(jiān)測小組、傳統(tǒng)變權重組合變電站電氣設備運行溫度監(jiān)測小組以及此次所設計的紅外熱成像變電站電氣設備運行溫度監(jiān)測小組。根據(jù)實際的溫度監(jiān)測需求及標準的變化，對最終得出的監(jiān)測結果進行比照研究，并進行測試環(huán)境的搭建。

（一）測試準備

結合紅外熱成像技術，對變電站電氣設備運行溫度監(jiān)測方法的測試環(huán)境進行搭建和分析。首先，需要明確當前的溫度監(jiān)測范圍以及電氣設備。可以在當前的變電站中隨機選定5臺電氣設備作為測試的主要對象，進行多方向標定處理，構建一個穩(wěn)定的溫度識別程序，便于對溫度的管控。

隨即，以此為基礎，進行監(jiān)測節(jié)點的設置，節(jié)點之間互相關聯(lián)與搭接，形成全覆蓋式的溫度監(jiān)測網(wǎng)。結合紅外熱成像技術，設置初始的溫度監(jiān)測指標及測試參數(shù)，具體如下表1所示：

根據(jù)表1，完成對初始溫度監(jiān)測指標及測試參數(shù)的設置。接下來，還需要在總監(jiān)測裝置中設定一個RTDS設備，時刻對當前的溫度進行標定與整合，便于后期對電氣設備的控制以及研究。

（二）測試過程及結果分析

在上述搭建的測試環(huán)境之中，結合紅外熱成像技術，對變電站電氣設備運行溫度監(jiān)測方法進行測試與研究。先進行初始溫度的校正處理，調(diào)整RDTS熱點設備的空間分辨率，控制在89.55% -92.35%之間為最佳。設置電氣設備的工作運行時間，分別控制在2h、4h、6h、12h四個部分，過程中結合紅外熱成像技術，對溫度的變化情況進行研究。具體如下圖3所示：

結合圖3，完成對電氣設備溫度監(jiān)測熱成像的分析與研究，接下來，綜合紅外熱成像技術，對選定5臺電氣設備的溫度進行監(jiān)測與分析。采用周期監(jiān)測的方式進行測定，每24h為一個周期，共需要設置10個周期，每個周期均需要對電氣設備的運行狀態(tài)以及溫度波動做出記錄，然后，計算出溫度監(jiān)測校正偏差的計算，如下公式3所示：

G表示溫度監(jiān)測校正偏差，γ表示定向監(jiān)測單元值，t表示監(jiān)測頻次，R表示轉換比，μ表示校正基準值，y表示溫度波動比，s表示紅外識別率。結合當前得出的測試結果，進行比對分析，如下圖4所示：

根據(jù)圖4，完成對測試結果的分析：對比于傳統(tǒng)局部不變特征變電站電氣設備運行溫度監(jiān)測小組、傳統(tǒng)變權重組合變電站電氣設備運行溫度監(jiān)測小組，此次所設計的紅外熱成像變電站電氣設備運行溫度監(jiān)測小組最終得出的溫度監(jiān)測校正偏差被較好地控制在0.45%以下，說明在紅外熱成像技術的輔助和支持下，當前溫度監(jiān)測的范圍以及速度增加，精準度提升，具有實際的應用價值。

結語

總而言之，以上便是對基于紅外熱成像技術的變電站電氣設備運行溫度監(jiān)測方法的設計與分析。電氣設備運行溫度的控制以及監(jiān)測相對較為復雜且繁瑣，此次結合紅外熱成像技術，采用投射校準的方式，分周期、分階段來獲得變電站設備的紅外圖像，以轉換的形式可以進一步消除拍攝角度變動所形成的定向偏差和消極影響。不僅如此，局部不變特征算法與紅外熱成像處理，還可以更快、更及時地提取電氣設備的圖像溫度區(qū)域數(shù)據(jù)以及信息，進而解析溫度波動的限制條件，同時也需要對電氣設備的異常圖像進行校驗，提升溫度監(jiān)測的準確性與穩(wěn)定性，推動溫度監(jiān)測技術邁入一個新的發(fā)展臺階。