智能红外热像无人监控系统在变电站的应用

李树东

(云南电网公司保山供电局，云南 保山 678000)

智能红外热像无人监控系统在变电站的应用

李树东

(云南电网公司保山供电局，云南 保山 678000)

分析变电站红外无人监控系统监控系统功能需求，进行了系统设计开发，介绍了监控系统功能定位与实现、系统架构和关键技术特点，指出了应用中注意的问题及解决办法。

红外热像技术；智能无人监控；变电站应用

0 前言

红外技术在电力设备热故障检测方面已得到广泛应用[1-3]。但目前变电站电力设备的监控，基本上采取人员定期巡检方式，缺少智能化管理手段，在预防电力设备故障方面不够完善。随着在线监控系统和无人值守变电站的逐渐普及，采用在线热像智能监测系统对设备的发热状态进行实时监控来弥补人工巡视和无人值守在变电设备安全运行中的不足显得十分有意义。

变电站红外无人监控系统是集红外技术、视频压缩技术、数字信息处理技术、低功耗技术、数字通讯技术、能源管理技术、抗干扰技术以及计算机技术为一体的高新技术产品，它改变了传统的对变电站带电设备进行定期或不定期巡检的方法，为变电站智能化管理提供了先进的技术手段。本文以某变电站智能红外热像无人监控系统应用研究为背景，分析了现场智能化监控需求和系统实现，并运用结构开放、硬件成熟、软件标准、防雷特性的思想设计、开发了红外热像无人监控系统。

1 系统功能分析与建模

1.1 系统功能定位与实现

智能红外热像无人监控系统面向大型超高压变电站，适合站内设备运行、维护和管理要求。整个系统为南京蓝芯电力技术有限公司采用全球著名厂商FLIR的在线式热像传感器，结合公司自身技术设计而成。系统功能涵盖了站内设备温度监控、自动巡航和自动报警、一键切换、诊断分析等生产运行维护管理的主要内容。

1.2 监控及测温

为获得准确的测温数据及图像，系统采用自动对焦技术：终端可以远程在客户端控制进行自动对焦，不需要电动镜头，避免了电动镜头时间长后滑丝所造成的对焦不清晰；风速处理技术(WST技术)：把风速对测温的影响降到最低。环境介质系统温度补偿处理技术 (ETT技术)：补偿不同介质对接收的红外辐射信号的影响。

1.3 自动巡航和自动报警

当需要进行无人值守时按下巡航按钮，监控系统即处于自动监测状态，工作从归零线开始，依次对四个扇区进行巡航扫描。下图显示出云台在巡航模式下的工作状态：

图1 云台在巡航模式的工作状态示意图

云台从扇区Ⅰ开始顺时针转动，依次转过扇区Ⅰ、扇区Ⅱ、扇区Ⅲ、扇区Ⅳ，然后返回到归零线，开始下一个循环 (一个周期划分多少个扇区根据现场情况确定)。如果落入扇区Ⅰ的是一个变压器，那么我们可以在这个扇区设定报警上限值，一旦检测到变压器温度超过报警温度，系统将马上报警。

如果没有发生报警，云台将断续前进，巡航到下一个扇区。云台会在每个扇区内停留几分钟，并且把扇区的温度数据库发往热像服务器，这样在本地监控室就可以看到每个设备的温度值，它将做为电力系统对设备运行故障诊断的一个参考依据。可以根据客户的要求以及现场实际运行情况，每到整点时刻，系统可以将云台在所有预置点所采集的数据写到数据库中，以供历史查询。

1.4 一键切换

当自动巡航发现电力设备异常时，系统可以实现自动巡检模式一键切换现场分析模式功能。也可以基于报警信息的快速定位切换到报警位置点和自动回复到检测点。

1.5 诊断分析

通过图像分割实现电气设备划分和分对象采集数据，设备的识别通过建立图像与设备的映射关系实现。识别方式如图2所示.

当云台转到某个扇区后必须对窗口中的设备进行识别，因每个设备的报警温度可能不一样，当窗口中的某个设备超温不正常时必须能够及时把它找出来并提示用户是哪个设备出现问题，所以有必要让系统能够认出设备。以图2为例说明设备识别过程：当云台转到某个扇区时，窗口中可以看到三个监测目标，每个目标都在其中窗口中的固定位置，记下它们分别在窗口中的坐标位置，对窗口进行分割，分割成这样的三个区域，这样每个设备都被包含到对应的区域中，把这个值写到数据库中，以后每次云台转到这个位置就会从数据库中取出设备的区域，从而在这个区域里测得设备的当前温度，得到的数据传输到本地处理服务器。

图2 设备识别示意图

这个系统通过红外实时监控把变电站的设备温度实时显示出来，让值班人员能够及时准确的看出所以被监测设备的运行情况，是否过热或有故障，另外一个作用是实时的发送设备温度数据，以供后方处理。图像可以供值班人员查看，而发送的数据可以给调度室人看，一个提供直观信息，一个做为设备状况的参考数据，两相结合，给电力系统提供更科学、更准确的预警手段，大大提高了工作效率和降低了对人的依赖性。

2 系统功能架构

综合考虑变电站所处特殊环境及较高技术要求，系统规模可根据电网区域范围大小和变电站数量组合定义，在局端可以对所有下属的变电站进行远程电力红外视频监控。系统可按多级组网的方式，形成大规模的监控网络。

系统在各集控中心设区域监控中心；在条件成熟的前提下可在调度中心设立主控中心，在电力系统中，一般是由变电站、市局、省局的层级构成方式，智能热像变电站监控系统适应这种管理模式，可以实现本地监控分析，市局监控分析，省局监控分析的层级结合的监控分析方式。系统总体构架如图3所示。

本地监控与分析诊断系统结构如图4所示(变电站部分)。

以上系统软件具有自主知识产权，可以根据客户需求进行功能定制。其具有远程与本地间互换的两大基本功能：热像故障智能监控功能；热像故障智能分析诊断功能。

图3 系统总体架构图

图4 本地监控与分析诊断系统结构图

系统采用进口专业在线式红外热像仪作为测温探头，配备有高分辨率数码摄像枪，通过专业红外监控软件软件对运行中的带电设备自动巡检、自动预警，并智能分析显示各设备温度情况。

通过布置在变电站内的监控头，实时监控现场的带电设备的可见光图像及红外图像，图像与数据通过光纤接入内网，内网中的授权用户都可以通过专用软件实时查看、控制现场监控头，并指导现场工作。

监控头自动按设定好的预置位，从预置位1转到到预置位n的监控位置，实现对重点目标设备进行精准监控。

通过预先设定的监控方式，监控头自动对各个设备进行图像采集及测温，如发现异常则发出报警信号及存储图像与数据。

系统网络拓扑图如图5所示：

图5 网络拓扑图

网络用户进行多级授权，根据不同授权对整套系统进行观看及操作，同时整套系统的所有参数、图像及数据，都集中保存管理在专用数据库中，从而对历史数据进行更好的整理与归档。其接线图如图6所示.

图6 接线图

系统中每个监控头自成独立体系，独立运行，互不干扰，如遇到故障可快速查找定位及排除。同时还具有良好的扩展性。

考虑到变电站现场电磁环境复杂，为了降低干扰，提高系统稳定性，在变电站现场通过光缆传递视频信号和数字信号。

监控系统由监测前端、主控中心、数据库服务器和客户终端组成。监测前端位于变电站，使整个系统的第一级信息汇聚点和处理分支，主控中心设在修试工区，负责整套系统的日常操控。数据库服务器设在局大楼科信部，负责整套系统数据备份及维护。查询终端为网内任何一台经授权的终端电脑，可依权限访问整套系统。

3 关键技术特点

1)红外热像仪性能优越。

2)安装简易一线通，先进传输系统，保证实时传输顺畅。

自主研发的图像分析算法以及压缩算法，整套系统只需要1个IP地址，10Mbps带宽，保证实时传输顺畅，操作控制无延迟，减少了对网络带宽的占用情况。

3)多人同时异地监控，监控软件强大易用。

4)智能识别异常、自动报警、自动生成分析报告。

5)系统根据异常发热情况对照带电设备红外诊断应用规范识别、判断异常缺陷的类型，如一般缺陷、严重缺陷、危急缺陷等，同时生成不同类型不同等级的故障分析报告。

6)对定点监控目标 (如主变)形成历史最高温度、最低温度、平均温度的历史数据汇总曲线图，以便分析、了解运行状态变化，提早发现问题所在。某主变温度趋势如图7所示。

图7 主变温度趋势图

7)高度智能巡航。

系统配有自动温湿度调控系统，可根据现场采集的环境温湿度进行实时校正设置，并同步到红外热像仪的参数设置和形成的报告，使热像仪的测温准确度更高。

8)数据集中、管理方便。

4 问题及解决方法

1)若系统安装地方潮湿、昼夜温差较大，前端设备应尽可能选择防水、防尘等级高，如IP67，并具备温湿度调控功能，保障设备的正常安全运行。

2)红外热成像监控枪是整套系统的主要构件。建议在选用上要特别注意无故障工作时间(MTBF)和测温精度。

3)系统应具有智能报警功能，能按设备的异常发热情况并参照带电设备红外诊断应用规范来实现不同故障等级的报警，如一般缺陷、严重缺陷、危急缺陷等，为用户提供检修多样性的参考。

4)为保证系统的稳定持续运行，在系统的管理维护上实行专人负责，定期对设备进行巡检。

5)系统所拍摄的图片及视频可通过一般的应用软件打开。所以尽量不选用专业软件打开格式，以利于图片及视频的后期方便使用。

6)系统除具备稳定性、可靠性外，应必须有自检功能，以便及时发现系统的故障并进行处理，避免出现二次故障带来的损失。

5 结束语

文中通过监控系统设计、开发和实际应用，完成了红外热像技术在变电站内应用的无人、智能化新要求，为实现智能化变电站奠定了相应技术基础。经过某变电站投入系统运行效果来看，达到了预期研究设计目标。下一步该系统仍需在实际运用中继续完善优化各功能要求，最终为满足广大变电站无人值守的智能化需求服务。

[1] 邹积岩，胖质玲，尹承尚.高压开关设备的状态检修技术[J].高压电器，1999，06：45-47.

[2] 吴健康.图像处理与分析 [M].北京：人民邮电出版社，1992.

[3] 吴继平，李跃年.红外热成像仪应用于电力设备故障诊断[J].电力设备，2006，09.

Application of Intelligent Unmanned Monitoring with Infrared Thermal Imaging Technology in Substation

LI Shudong
(Yunnan Baoshan Power Supply Bureau，Baoshan，Yunnan 678000)

Analysis of function requirement of the monitoring system，the system design and development.This paper describes the function and Realization of monitoring system，the system architecture and the key technical characteristics，points out the problems in applications and solutions.The system establishes the corresponding technical foundation for the realization of intelligent substation.

Infrared thermal imaging technology；Intelligent unmanned monitoring；Application of Substation

TM76

B

1006-7345(2014)04-0056-05

2014-04-04

李树东 (1970)，助理工程师，云南电网公司保山供电局，从事生产管理工作 (e-mail)ltby928＠163.com。