配电柜红外热成像监测系统研究

代 康 王金帅 王一平 王钧可 康 佳 王 尉

（1、国网东北分部绿源水力发电公司太平湾发电厂，辽宁 丹东118000 2、东北电力大学 电气工程学院，吉林 吉林132012）

1 概述

电气火灾是配电系统运行过程中的重要安全隐患，调查显示，电气火灾在各类火灾中占有较高的比例，并且可能会造成严重的人员伤亡和经济损失，影响人们的正常生产生活。而配电柜是电气火灾的高发部位，配电系统的安全稳定运行与人们的生产生活息息相关。电气设备安全运行的火灾隐患监测和排查也显得尤为重要。

目前电力系统普遍采用的探测器分为点式感烟/感温火灾探测器、普通对射式感烟探测器以及缆式感温探测器。其中，点式烟感探测器和普通对射式感烟探测器由于其报警机制，灵敏度较低，实用性较差，应用较少。

现阶段，红外探测技术应用范围广阔，技术相对成熟。尤其在电气火灾预警监控系统中，相对于传统的火灾监测方法，红外热成像技术具有很大的优异性。

2 系统构成

整个系统由数据感知系统、无线网络传输系统、上位机应用系统三大部分组成。数据感知系统根据区域的实际情况分别于开关柜内部署红外热成像处理器、微处理器、无线时频模块等作为红外热成像监测终端，无线数据传输电台作为无线传输系统基站进行平台间的无线射频通信。后端部署管理平台、中心存储、解码、显示等设备作为远程数据监测中心。图1 为基于设备温度变化火灾预警的原理框图。

电气设备在工作状态下，由于电流、电压的作用，存在电阻损耗发热、介质损耗发热和铁损发热。绝缘受潮、劣化、局部放电等导致电气设备内部故障的产生，同时引起设备温度的升高，设备温度的变化也成为反映整体电气性能和电气设备火灾隐患的重要因素。因此，可利用红外热成像监测装置将被诊断设备的红外辐射信号转换为电信号，从而通过电信号接收设备对故障进行分析判别。

2.1 红外热成像防火系统的数据感知系统设计

图1 配电柜火灾预警监测系统原理框图

红外热成像防火系统的数据感知系统一般由红外热成像终端和无线射频通信两部分组成。其中红外热成像监测终端由MLX90640 红外热成像传感器、STM32 微处理器和E30-433T20D 无线射频模块组成。其中E30-433T20D 无线射频收发模块基于嵌入式高速低功耗单片机和高性能射频芯片SI4438。采用高效的循环交织纠检错编码，使得其抗干扰和灵敏度都大大提高。全感知系统安装在开关柜内，负责开关柜内部热信息的采集和处理。

2.2 红外热成像防火系统的无线网络传输系统设计

红外热成像防火系统的传输分有线传输和无线传输两种。对于配电柜防火监测信息的传输，采用无线网络传输系统，由于无线传输方式施工简便，成本低，一次性投入小，是配电柜红外热成像防火系统防火监控中首选。本文采用基于超窄带调制技术的E90-DTU 数传电台，电台一般工作在433MHz 频段，通讯距离可达10km。内置功率放大器（PA）与低噪声放大器（LNA），使得最大发射功率达到5W 的同时接收灵敏度也得到了一定程度的提升，与无双内置放大器的产品相比，大大提升了整体的通信稳定性。

2.3 红外热成像防火系统的上位机应用系统设计

红外热成像防火系统的上位机应用系统作为整个防火监测系统的心脏，其性能直接关系到整个系统的正常运行，并且在设计时要充分考虑日后的系统扩容。红外热成像防火系统的上位机应用系统主要包括远程无线收发系统和远程数据监测中心。系统通过前端热成像数据采集平台对防火监控区域内配电柜进行视频监控图像采集，实现全方位监控，可对着火配电柜进行智能识别和定位，在应用端对采集的数据进行分析，当判定有火情时，防火系统的指挥中心将会马上发出报警信号并将着火点的定位发送到监控室。及时通知相关值班人员及时清除火灾隐患。

3 系统现场运行

为了验证上述理论分析下系统运行的可行性，本研究组搭建了一套基于红外热成像技术的配电柜热响应实验测试系统。

为了反映配电柜在持续运行过程中瞬态热变化过程，利用红外热像仪获取了配电柜内部工作状态下的红外热图像，如图2 所示。

图2 电阻器工作状态下的热成像

由图像可以看出，配电柜电气火灾综合预警监测系统可以精确有效的反映配电柜内温度的变化，并且及时作出反馈，具有良好的实用性。

4 结论

随着红外探测成像技术的不断成熟，基于红外热成像技术进行温度测量已在各个领域得到了广泛的应用，并且均取得优异的实用效果。基于热成像技术和现代化的无线网络传输技术的配电柜电气火灾预警与监测系统，能够实现对配电柜内部情况实时预警及监控，降低配电系统安全隐患，保障了人们的生命和财产安全。