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摘要：国民经济的快速发展对供电可靠性要求越来越高，保证良好、安全、稳定的电力供应已成为电力系统所面临的重要问题。因此研究设计一款能够实时监测电力设备运行状态的监测系统具有重要意义。本文提出一种基于红外热像仪的远程在线监测系统在高压电气设备温度监测中的应用方案，该方案能够克服当前红外测温存在的弊端，实现了对高压电气设备温度实时、安全、可靠性监测，且可实现全天定时自动监测。
关键词：红外诊断；在线监测；温度测量；故障报警
1系统结构
系统由红外热像仪、光电信号传输线缆、工控机和系统软件组成。由FLIRA655sC作为数据采集前端，通过千兆以太网线远距离传输至监测中心（PC机），由PC机完成对采集到数据的分析存储，历史与实时数据的查询、显示等任务。系统适用于传输距离适中、电磁干扰较大，且实时性和安全性要求较高的变电站带电设备温度监测的场合。
2系统软件设计
在线监测系统软件设计是本文的核心内容，系统由计算机控制红外热像仪对设定的区域进行检测，检测时采用巡检的方式。预先设定好检测位置，热像仪将该区域的二维温度场图像信息传至计算机上，由计算机进行数据处理，结合参考图像进行图像分析，得出超过设定温度阈值像素点，视情况报警并存储故障信息。系统还将所有检测结果及温度数据存储，以便于事后进行分析。电气设备在线监测软件系统采用专门用于工业界面设计的软件VS2010。利用VS面向对象的编程思想将整个系统分为4大模块：系统设置、数据采集、历史数据查询、温度测量与显示、温度报警等，分层进行设计。
2.1系统设置模块
（1）网络连接设置
网络连接设置用于设定红外热像仪和计算机通信的IP地址和端口号。监测系统对红外热像仪进行访问，需要两个设备处在相同的网段，FLIRA655SC红外热像仪的IP地址是厂家事先设置好的，为10.0.0.174，端口号为9998。那么要求我们在计算机端将本地连接1的IP地址设置为10.0.0.＊。＊可以是1～354之间除174之外任意一个地址，设置界面如图3所示。为避免再次启动软件时，用户对参数的反复设置，设定的参数值会被写入WinDoWS的注册表。该参数与用户的用户名绑定。
（3）监测方式设置
电气设备越是在高负荷或满负荷状态下运行，缺陷就越容易暴露，为获得良好的监测效果，依据电气设备不同时段的工作状态，有针对性地设计了两种在线监测方式：整点监测和定时监测，电力人员可根据以往的运行经验选择合适的监测方式。
（3）图像处理
电力领域常用铁红伪彩色编码对电气设备热像进行处理。铁红伪彩色编码将热像转换成明显的三部分：在低温时，图像呈现深蓝色；在温度较高时，红色分量保持不变，绿色和蓝色分量逐渐增大。此时图像逐渐变为黄色，直到灰度等级达到255时，伪彩色图像呈现白色。通过铁红伪彩色编码处理后的图像能够很好地突出电气设备热源部位。
2.2数据采集模块
监测系统通过调用厂商提供的SDK包当中的函数来实现数据采集功能，然后封装函数，形成红外热像仪数据采集类CDataACCeSS。首先对红外热像仪进行上电操作，因为热像仪上电后需要15S的自检时间，在此期间红外热像仪无法执行任何命令，故整个程序会有大约30S的延时。待其自检结束后，软件调用热像仪连接命令CDataACCeSS类。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆受以太网特性限制，热像仪确认连接需要30s，若连接失败，软件必须延时30s才能再次尝试连接。如果连续三次连接失败，则说明热像仪初始化失败或存在网络异常，此时连接指示灯变为红色，提醒用户连接出现故障，放弃此次采集。如果连接成功，软件控制热像仪采集指定位置热像。每次虽能采回热像，但热像中的温度数据可能会存在异常，其原因可能是探测器异常或聚焦失败等。因此，需要校验采集的温度数据。校验方法是通过在热像上随机提取若干点温度，理论上这些点应均匀分布于热像上。经检验，此方法能够有效减少温度异常现象。
2.3温度测量与显示模块
监测系统可实现指定区域温度的测量，工作人员可选择一个任意大小的区域进行温度监测，监测区域名称在温度数据栏左侧输入。为保存所选监测区域位置信息及温度信息，编写温度测量类。为了方便数据处理，利用VS／MFC提供的CPtrArray类将所有监测部位对应的对象组成一个链表。当在线监测定时周期结束，除了主界面更新热像外，系统软件会根据灰度－温度映射表计算每个监测部位的温度，更新每个CDe－teCtArea类对象的数据。
2.4温度报警模块
温度报警功能是对之前温度检测结果的一个信息反馈，也是整个在线监测系统设计的主要目的。参照手册《交流高压电器在长期工作时的发热（GB764－90）》和《带电设备红外诊断应用规范（DL／T664－3008）》中设备运行允许温度标准，便可判断设备的运行情况。本系统采用的红外诊断方法包括绝对温度判别法和相对温度判别法。绝对温度判断法是根据设备表面温度与GB／T11033中规定的高压开关设备的温度值作对比，以判定是否超过设备温升极限来评定设备的运行情况。当环境温度较低，设备流过的电流很小时，设备发热不明显，温度并没有超过限值。但实践经验表明，这种情况并不能判定为没有缺陷或故障，若环境温度升高或负荷电流增大，故障有可能显现出来。而同类设备的相对温差并不会因为设备所处的环境或运行状态变化而发生改变，相对温差判别法正是利用这一点对设备进行诊断。该种方法特别适用于小负荷电流制热型设备的故障诊断。系统报警功能实现依赖于报警函数AlarmProCess（），为了提高诊断的精确性，首先采用绝对温度判别法，设置一个阈值，与监测区域的最高温度比较，一旦超过最高温度，即可认定设备存在故障，则无需利用相对温度判别法判断；若未超过再使用相对温度判别法进行判断，视情况报警。
3系统测试
3.1测试环境
针对整套电气设备在线监测系统，选择某市10KV变电所进行功能测试。在测试过程中，分别对该变电所的主变10KV侧套管、电容器电力电缆及主变油枕进行图像和温度数据采集，采集的数据在系统主界面的图像显示区和温度数据显示区显示。当温度超过设置的阈值可进行报警。在实际监测过程中，发现＃1主变10kV侧套管C相出现过热缺陷，系统自动弹出警告界面。该界面显示了监测区域名称、报警原因，并给出了设备缺陷等级，工作人员能够直观获得当前故障设备信息以便及时采取措施。
3.2试验结果分析
通过实际测试的结果，可以看出本监测系统可以实时采集到电气设备的温度和图像数据，能及时发现温度的变化，并能根据报警判别方法进行故障诊断，必要时发出报警。在现场测试环境下，FLIRA655sC红外热像仪能够正常稳定工作，且采集温度误差范围≤0.5℃，整个传输过程中数据丢包率基本为0，且系统的软件部分能够保证长时间稳定运行，满足电力系统监测对实时性和可靠性的要求。
4结语
基于红外热像仪的电气设备在线监测软件系统通过利用面向对象的思想，将系统所要实现的功能分成多个模块分层实现。测试结果表明，该系统达到了对电气设备智能故障诊断的目的，实现了对电气设备运行状态的实时自动检测，并能够有效地弥补当前检测手段的不足，可提高设备监测效率，保障检测人员安全，具有较高的应用价值和市场前景。
参考文献
[1]吴红波.电气设备绝缘在线监测技术与状态维修[J].绿色环保建材，3017，31（1）：190.
[3]张英，李军卫.SF6电气设备绝缘状态在线监测系统的研制及应用[J].工业安全与环保，3017，43（5）：76－80.
论文作者:柯万旭
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/15
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