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摘要：针对现有开光柜触点测温方法的不足，提出了一种基于图像处理的测温方法，其通过温敏元件构成RC电路，感知触点温度驱动LED灯闪烁，通过摄像头获取闪烁频率并转化为温度值。该方法有效的解决了现有测温方法在供电、高低压隔离、数据采集和传输方面存在的不足，为开光柜触点温度测量提出了一种新的测量方法。
关键字：图像处理技术；温敏元件；开光柜触点测温；
0引言
开关柜是电力系统重要组成部分之一，其安全运行十分重要。开关柜中触头会因为机械结构缺陷、松动、闭合不完全等原因导致发热，因为发热氧化等原因又进一步促使触头发热，如此恶性循环最终导致热熔跳闸等故障，造成较大的社会影响和经济效益的损失。因此监测开关柜触点温度，发现升温点并及时处理，对电网的安全运行具有积极的意义。
目前对开关柜触点温度监测的方法有多种，包括示温材料、红外测温、无线测温、光纤测温等，但是上述方法还存在问题，如示温材料测温准确度不高；红外测温需要人工巡检和手动测量[1]；无线测温易受复杂电磁环境干扰；光纤测温布线复杂且成本较高[2]。同时对于有源测温系统，电池易受高温等环境影响[3]；对于有线测温系统，由于落灰等问题，容易减小爬电距离，存在安全隐患[4]。针对上述问题，本文从电源管理、高低压隔离、运行安全性、测量准确性以及通信实时性等方面考虑，提出一种基于图像处理的开关柜触点测温新方法。
1系统设计
1.1系统结构
本系统结构如图1所示，由温度采集器、测温管理机、测温系统三部分组成，其中温度采集器固定在触点处，用于测量触点的温度；测温管理机固定在开关柜门上，用于收集一个开关柜内所有温度采集器的信息；测温系统服务端放置在指挥中心，用于采集所有测温管理机的温度信息，拥有权限的用户可以通过PC机登陆，对系统进行设置和信息查看，当有报警信息时可将报警信息发送至值班员手机。
图1开关柜触点测温系统结构图
1.2设计原则和思路
温度采集器采用功率密度较高的超级电容供电，同时采用温敏开关控制温度采集器工作，即当温度达到报警阈值时才开始测量温度，进一步降低功耗，避免高压取电难，以及电池占用空间大、环境适应能力弱的问题；采用温敏电阻或温敏电容组成的RC电路，用于驱动开关电路，控制LED灯的亮灭，将温度值转换为LED灯的闪烁频率，避免电磁环境对信号传输的干扰。测温管理机上带有摄像头，通过图像采集LED灯闪烁的频率及位置，确定发生故障的触点位置及触点温度，避免采用光纤等有线传输布线复杂和减小爬电距离的问题；采用GPRS等无线通信方式或现场已有通信方式进行数据传输；采用光敏器件触发测温管理机工作，通过LED灯的闪烁信号触发，进一步降低功耗。测温系统服务端由服务器和PC机等组成，用于存储开关柜触点温度等相关信息，包括系统管理、数据报表、数据曲线分析、告警信息发布等功能。
2模块设计
2.1温度采集器
温度采集器主要通过温敏材料控制LED灯的闪烁，将温度信号转换成频率信号，并通过摄像头采集这一信号，本文通过一个实例电路说明其设计思想。如图2所示，VCC为超级电容，为整个装置提供电能，S1为温敏开关，当触点温度达到阈值时开关闭合，为整个采集器提供电能，R1~R5为普通电阻，C1为温敏型电容，C2为常规电容， Q1、Q2为开关三极管或低压MOS管。温度采集器通过导热胶贴在触点上，当温度达到阈值时S1导通，超级电容通过电阻给C1、C2充电，由电容电压控制Q1、Q2的通断，从而控制D1闪烁，实现将温度转换为LED灯闪烁频率，其中C2的值不同，用于标记该采集器的地址，C1的标称值相同，用于标记该触点的温度，即LED灯灭的时间可转换为该触点的位置，LED灯亮的时间可转换为该触点的温度。
图2温度采集器电路
温度采集器的结构如图3所示，电路板使用隔热和电磁屏蔽的材料（如环氧树脂）灌装，其中LED灯头露出机壳，另一侧为温敏开关和温敏电容，其与导热板紧密接触，导热板镶嵌在环氧树脂中且另一面裸露在外。导热板通过导热胶与触点紧密结合，使温敏开关和温敏电容监测到的温度与触点温度基本相同。
图3温度采集器结构图
2.2测温管理机
测温管理机主要通过摄像头获取温度采集器中LED灯闪烁的频率，并将其转换成触点地址和温度值，然后通过GPRS等通信方式上传至测温系统服务端。其中摄像头固定在开关柜门内侧对准被测触点，调整摄像头使所有被测触点均在成像范围内，测温管理机的主板、显示屏、供电系统均在开关柜外侧，主板通过排线与摄像头相连。显示屏可用于显示开关柜内的图像以及触点的温度信息，同时可用于配置测温管理机的相关参数。
2.3测温系统服务端
测温系统服务端部署在服务器上，用于存储和分析触点温度信息，通过PC机完成各种操作。其主要包括的功能有：1）权限管理，给用户分配不同的管理权限，将多地区开关柜数据集合到一起，通过分级管理提高系统的通用性，降低开发成本；2）数据实时监控，可实时显示所有触点的温度信息，对超过阈值的温度能够及时发布报警信息，并通过短信下发至值班手机；3）数据展示，通过表格、曲线等形式展示选定区域触点状态，用于开关柜运行状态分析；4）系统管理，用于添加测点和值班报警电话等。
3结束语
基于图像处理的开关柜触点测温系统采用温敏元件触发报警，避免常规在线监测系统对电量的需求，解决了供电问题在该领域的制约；通过LED灯闪烁频率获取触点地址和温度，避免了光纤测温、无线测温、声表面波测温等方法存在测量结果易受干扰的问题。本文提出的采用图像处理技术将温度信息转换为频率信息的测温方法，是开关柜触点测温领域的新方法，其解决了供电、高低压隔离、数据采集和传输等本领域难题，为研究开关柜测温提出了新的方向。依据该方法设计的触点测量系统在配电室试用，效果良好。
参考文献：
[1]邵进，胡武炎，贾风鸣，等．红外热成像技术在电力设备状态检修中的应用[J]．高压电器，2013,49（1）：126-129
[2]孙晓雅，李永倩，李天，等．基于光纤光栅的开关柜温度在线监测系统设计[J]．电力系统通信，2012,33(5):6-10.
[3] 李波涛,张宝英,赵世坡等.UHF RFID温度标签的研究及其在开关柜温度监测系统中的应用[J].电测与仪表,2017,54(4):117-122.
[4] 廖志军,黄新波,赵阳等.基于光纤光栅的高压开关柜温度监测系统设计[J].广东电力,2015,(3):50-55.
论文作者:赵锐1,赵国伟1,薛辉1,李学勤1,薛洋1,张兴忠
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：测温论文; 触点论文; 温度论文; 开关柜论文; 系统论文; 采集器论文; 电容论文; 《电力设备》2017年第34期论文;