【正文】 m ~14181。另外，本護(hù) 罩 還配有遮陽(yáng)罩，能夠最大程度的減少陽(yáng)光照射對(duì)熱像儀測(cè)溫產(chǎn)生的影響。 檢修中心的 PC 機(jī) 同樣需將數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的處理，得出設(shè)備的最終運(yùn)行狀態(tài)信息，為電力專家做出最終的檢修計(jì)劃提供參考。 紅外檢測(cè)技術(shù)是 “ 九五 ” 國(guó)家科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目， 上世紀(jì)九十年代 以后我國(guó)各省市供電局致力于電力紅外診斷標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，提出了一系列行之有效的診斷方法，例如濮陽(yáng)電力公司的《帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、河南省電力公司《配網(wǎng)電力設(shè)備紅外檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用規(guī)范》 ，利用這些規(guī)范 即可根據(jù) 測(cè)得設(shè)備的溫度判斷設(shè)備的運(yùn)行情況 。 除此之外，該公司能夠提供 比較 全面的 與熱像儀配套的 SDK 開(kāi)發(fā)包，便于本系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)， 而且該公司提 供 完善的售后服務(wù)，包括 軟件 開(kāi)發(fā)包的升級(jí)和硬件維修。 碩士論文 基于紅外測(cè)溫技術(shù)的電力變壓器過(guò)熱故障在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 13 熱像儀 選擇基本原則 [24] 紅外熱像儀種類繁多， 通常分為 掃描式、在 線式和手持式三種，每種里面又有不同的型號(hào)和規(guī)格 ， 另外紅外熱像儀的供應(yīng)商也非常多 。 輻射率是描述被測(cè)物體相對(duì)于黑體輻射能力的大小，理想黑體的輻射率為 1，而實(shí)際物體的輻射率均小于 1。 因此，如果熱像儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處，而又要測(cè)量小的目標(biāo)，就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率 的 ，以減小測(cè)量誤差。例如在高溫區(qū)，一般選擇 m? ~ m? 的近紅外進(jìn)行測(cè)量；在低溫區(qū)，一般選用 8 m? ~14 m? 的長(zhǎng)波段，從這里可以看出，熱像儀工作波段的選擇與圖 的結(jié)論是一致的 [25]。 系統(tǒng)主要由光學(xué) 系統(tǒng)、 焦平面 探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成，其核心是紅外探測(cè)器， 探測(cè)器的主要功能是 將入射輻射能轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電信號(hào) ，其結(jié)構(gòu) 如圖 ，其中調(diào)制電機(jī)是用來(lái)對(duì) j鏡頭 進(jìn)行調(diào)焦的 。 在式 ()中 ? 、 b 、 ? 為常數(shù)，近距離測(cè)量時(shí)， ()a??近似為 1。物體溫度越高，輻射的紅外線能量越強(qiáng)。這是紅外測(cè)溫理論的基礎(chǔ)，也是單波段紅外熱像儀的測(cè)溫依據(jù)。由于紅外測(cè)溫是一種非接觸式測(cè)溫，很多因素都能影響 其最終的測(cè)溫結(jié)果， 如環(huán)境溫度、大氣溫度、太陽(yáng)輻射等， 對(duì)這些因素加以分析可以幫助用戶更好地使用熱像儀 ，降低這些因素對(duì)紅外測(cè)溫帶來(lái)的影響 。 5) 根據(jù)供電局現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 選擇 合適 的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程通信模塊，保證現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確的上傳至遠(yuǎn)程監(jiān) 測(cè)模塊 。 在這些隱患引發(fā)更大規(guī)模的停電事故之前將其排除，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，將其可能造成的損失降至最低 ；另一方面 本課題所設(shè)計(jì)的 系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn) 了 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，也就是說(shuō) 該變電站 使用 本 系統(tǒng) 以后， 無(wú)需專人定期巡檢，節(jié)省了人力物力 ， 由此可見(jiàn)， 這 是一種一舉多得的監(jiān)測(cè)方法， 有很強(qiáng)的 應(yīng)用價(jià)值 。特別是對(duì)懸空的或者運(yùn)動(dòng)的帶電設(shè)備，紅外診斷技術(shù)更具有突出的優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)這一情況，電力企業(yè)利用相關(guān)技術(shù)對(duì)電力變壓器進(jìn)行 24 小時(shí)連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，持續(xù)獲得各種類型的特征量數(shù)據(jù)， 準(zhǔn)確的反映變壓器的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài) [10]。 國(guó)內(nèi)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀 我國(guó) 從 70 年代初開(kāi)始 研究開(kāi)發(fā)電力設(shè)備紅外監(jiān)測(cè)技術(shù) ，并逐步 開(kāi)始利用國(guó)內(nèi) 自行研制的紅外測(cè)溫儀檢測(cè)運(yùn)行中的輸變電 設(shè)備裸露過(guò)熱接頭 。 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái) ， 隨著電 子技術(shù)的發(fā)展和傳感器技術(shù)、光纖技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)等 各領(lǐng)域 間 的 相互 滲透 ， 電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)中也廣泛 使用 這些先進(jìn)的科研成果 ， 電氣設(shè)備 在線監(jiān)測(cè)技術(shù) 也從此 走向?qū)嵱没A段。 本課題首先 分析 影響熱像儀測(cè)溫 準(zhǔn)確性 的因 素，然后 對(duì) 某市 供電局的變壓器運(yùn)行環(huán)境 進(jìn)行了考察，選擇了適合本 課題 的熱像儀， 利用與購(gòu)買的熱像儀配套的軟件開(kāi)發(fā)包開(kāi)發(fā)適合本系統(tǒng)的后臺(tái)處理軟件。碩士論文 基于紅外測(cè)溫技術(shù)的電力變壓器過(guò)熱故障在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) I 學(xué) 位 論 文 基于紅外測(cè)溫技術(shù)的電力變壓器過(guò)熱故障 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 碩士 專業(yè)名稱 檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置 學(xué)位授予單位和日期 南 京 理 工 大 學(xué) 答辯委員會(huì)主席 評(píng)閱人 注 1：注明《國(guó)際十進(jìn)分類法 UDC》的類號(hào)。 該系統(tǒng)軟件 的主要研究工作如下： 1) 根據(jù)電力變壓器的運(yùn)行狀況，設(shè)置合適的在線監(jiān)測(cè)方式，并根據(jù)熱像儀的安裝位置和監(jiān)測(cè)距離，設(shè)計(jì)程序監(jiān)測(cè)流程 ； 2) 根據(jù)熱像 儀采集的熱像的特征，設(shè)計(jì)圖像預(yù)處理方案，使最終顯示的熱像具有最佳的視覺(jué)效果； 3) 選擇合適的數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，方便系統(tǒng)存儲(chǔ)和 查詢 數(shù)據(jù) ； 4) 根據(jù)最新的電力 系統(tǒng) 紅外診斷依據(jù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的紅外診斷算法， 從而可以通過(guò)采集的溫度數(shù)據(jù) 準(zhǔn)確的 了解設(shè)備的運(yùn)行狀況； 5) 根據(jù)供電局現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，選擇合適的傳輸協(xié)議，設(shè)計(jì)合適的傳輸流程，保證數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)可靠的上傳，使監(jiān)控中心的工作人員能夠及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行狀況。與預(yù)防性試驗(yàn)相比 ， 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用更高靈敏度的傳感器采集運(yùn)行設(shè)備的劣化信息 [3]，信息的處理和識(shí)別依靠有豐富軟件支持的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) ， 引進(jìn)一些新的能更真實(shí)反應(yīng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征量 ， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的綜合診斷 ， 促進(jìn)電力設(shè)備由定期試驗(yàn)向狀態(tài)檢修過(guò)渡 [4]。 國(guó)內(nèi)一些 電力專業(yè)研究所 從80 年代中期開(kāi)始 先后 使用 光機(jī)掃描熱像儀，積極開(kāi)展變電設(shè)備故障檢測(cè)試驗(yàn)和 220KV及 110KV 輸電線路的直升機(jī)巡線紅外檢測(cè)試驗(yàn)，并取得了良好結(jié)果。 有關(guān)專家通過(guò)對(duì)十幾 年 來(lái)變壓器 發(fā)生 故障 的 資料進(jìn)行分析，得出的結(jié)論是：盡管不同的變壓器老化趨勢(shì)和使用方式并不相同，但發(fā) 生 故障的誘因還是基本相似的。紅外診斷技術(shù)是檢測(cè)設(shè)備溫度異常的理想技術(shù)，它將成為對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析、故障預(yù)測(cè)和改革維修制度的理想工具 [17]。 根據(jù)電力變壓器運(yùn)行中發(fā)生故障的特有特點(diǎn)和運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)條件， 本課題 選擇合適的熱像儀，搭建了系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)了 電力變壓 器過(guò)熱故障在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 。 6) 基于 Windows 平臺(tái)利用 Visual C++ 開(kāi)發(fā)了 系統(tǒng) 后端處理軟件 ， 確定軟件界面的風(fēng)格和功能模塊的分布， 軟件編碼過(guò)程 充分利用面向?qū)ο蟮木幊趟枷?， 在 完成各種用戶所需的功能 的同時(shí)， 注意 代碼編寫(xiě) 的風(fēng)格，使得程序在獲得較高 的 運(yùn)行 效率 的同時(shí)又方便 其 日后的 維護(hù)。 因此， 了解紅外熱像儀的工作原理、技術(shù)指標(biāo)、工作條件、 如何 操作和維修 等是用戶正確選擇和使用熱像儀的基礎(chǔ)，本章的主要內(nèi) 容 就是對(duì)上述問(wèn)題加以研究。 2) 隨著溫度升高，輻射峰值向短波方向移動(dòng)。在對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，紅外熱像越亮的地方，就是紅外輻射越強(qiáng)的地方，也是溫度最高的地方。 而在一定范圍內(nèi)，對(duì)于常見(jiàn)材料， ()??即發(fā)射率為一個(gè)常數(shù)，記為 ? ，因此可將 sU 表示為 式 ()： 215 ( ) ( ) ( )sU k T f T R d k F T??? ? ? ? ???? () 在一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)， ()FT 只與黑體的溫度有關(guān)， k 是個(gè)常數(shù)，只與系統(tǒng)增益有關(guān)。 圖 紅外熱像儀系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 紅外熱像儀的工作原理 其實(shí) 與人的眼睛看物體原理相近，人眼是將光線匯聚到視網(wǎng)膜上，視網(wǎng)膜再將信號(hào)傳送到大腦，產(chǎn)生明暗的區(qū)別；而熱像儀是通過(guò)一組透鏡將物體發(fā)射的紅外輻射匯聚到探測(cè)器上，探測(cè) 器被匯聚到的 輻射 光線照射便產(chǎn)生 電 信號(hào)，然后電 信號(hào)被傳到后面的 處理 電路， 從而 計(jì)算出物體的溫度 分布 。 3) 測(cè)溫精度 測(cè)溫精度是指黑體溫度的測(cè)量值與其真實(shí)值之間的最大誤差，通常以測(cè)溫范圍的上限的百分?jǐn)?shù)加以表示。 紅外熱像儀工作時(shí)，只能測(cè)定被測(cè)目標(biāo)表面 上確定面積的平均溫度。物體輻射率的大小與物體的材料、粗糙度、顏色、厚度等有關(guān)，紅外熱像儀從物體上接收到 的 輻射能量的大小與該物體的輻射率成正比。 在選擇時(shí)應(yīng)從如下幾個(gè)方面加以綜合考慮： 1)首先明確要解決的實(shí)際問(wèn)題和測(cè)量需要，如被測(cè)目標(biāo)的環(huán)境、大小、測(cè)量距離以及儀器測(cè)溫范圍、測(cè)溫精度、響應(yīng)時(shí)間等； 2)將 測(cè)量要求和所要解決的問(wèn)題和現(xiàn)有的儀器型號(hào)進(jìn)行比對(duì)，選出滿足要求的型號(hào)，在此基礎(chǔ)上再選出性價(jià)比 較 高的幾款； 3)對(duì)供應(yīng)商的技術(shù)實(shí)力和信譽(yù)、售后服務(wù)和技術(shù)培訓(xùn)等方面進(jìn)行必要的考察和了解 ， 這是非常重要的一點(diǎn)， 因?yàn)?選擇口碑較好的供應(yīng)商進(jìn)行合作比較有保障。 圖 為本系統(tǒng)熱像儀在變電站的安裝圖片，整個(gè)2 紅外熱像儀的選擇和使用 碩士論文 14 云臺(tái)、護(hù)罩、熱像儀 安裝 在支架上，通過(guò) 4 根膨脹螺釘固定在墻 壁上。 《 中國(guó)人民共和國(guó) 電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)帶電設(shè)備紅外診斷規(guī)范 》 于 1999 年 8 月 2日首次發(fā)布，經(jīng)過(guò)接近 10 年的探索，國(guó)家發(fā)改委于 20xx 年 6 月 4 日發(fā)布了 該 標(biāo)準(zhǔn)的修訂版，修訂之后的標(biāo)準(zhǔn)更加全面，標(biāo)志著我國(guó)電力設(shè)備紅外診斷技術(shù) 日漸 成熟。 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的 硬件實(shí)現(xiàn) 本監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)的硬件主要是 由研祥 IPC810B 特種 工業(yè)控制 計(jì)算機(jī)、雅安 D3030 室外云臺(tái)、大立 S680DM60 熱像儀 、 護(hù)罩 等 組成，每個(gè)硬件都是 根據(jù) 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境需要 選購(gòu) 的 ， 并力求 使其具有較高的性價(jià)比 ，從而減少項(xiàng)目成本，利于本項(xiàng)目今后在電力系統(tǒng)中進(jìn)行推廣。 圖 護(hù)罩內(nèi)部結(jié)構(gòu) 除了提供一般的防塵、防水以及遮陽(yáng)功能之外，如圖 所示，在護(hù)罩的尾部裝有加熱和散熱裝置， 其 能夠?qū)崟r(shí) 檢 測(cè)護(hù)罩內(nèi)的溫度 ，并利用這些裝置使得熱像儀能夠在其所允許的 極限溫度下工作。m， 屬于長(zhǎng)波段，正如第 2 章所論述的，長(zhǎng)波段適合低溫范圍的測(cè)熱像儀 RJ45網(wǎng)口 模擬視頻輸出口 恒溫模塊 3 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 碩士論文 18 量。2 ℃ ， 而 測(cè)量波長(zhǎng)范圍為 8181。 從防護(hù)等級(jí)可以看出， 本護(hù)罩是嚴(yán)格防水防塵的，能夠保證外界環(huán)境不對(duì)熱像儀造成損害。變電站監(jiān)控室的工 業(yè) 控 制計(jì)算機(jī) 利用 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件接收 數(shù)據(jù) ，對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)報(bào)警判斷并顯示出最終結(jié)果，將 處理 結(jié)果 存儲(chǔ) 到本地計(jì)算機(jī)， 最后 再將采集的信息 上傳至 供電局檢修中心的 PC 機(jī) 。碩士論文 基于紅外測(cè)溫技術(shù)的電力變壓器 過(guò)熱故障在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 15 3 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 90%以上的電力設(shè)備發(fā)生故障時(shí)都有明顯的熱源部位 ， 本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是 通過(guò)紅外熱像儀來(lái)監(jiān)測(cè) 電力變壓器運(yùn)行時(shí) 的幾個(gè) 主要潛在故障點(diǎn) 的 溫度 ，利用采集的溫度 對(duì) 設(shè)備的運(yùn)行狀況 加以判斷 。 護(hù)罩具有防水、防塵、遮陽(yáng)等功能，使得熱像儀能夠不受外界環(huán)境的影響進(jìn)行精確測(cè)溫 。 當(dāng)被測(cè)設(shè)備處于太陽(yáng)光的輻射下時(shí)，由于太陽(yáng)光的反射和漫反射的波長(zhǎng)區(qū)域與紅外熱像儀的測(cè)溫波長(zhǎng)區(qū)域相近，會(huì)使得測(cè)出的被測(cè)目標(biāo)的溫度比實(shí)際的溫度偏高，從而引起誤報(bào)警；而風(fēng)力的影響則相反，由于受到風(fēng)速對(duì)流冷卻的影響，會(huì)使被測(cè)設(shè)備熱缺陷處的溫度降低，測(cè)得的溫度比實(shí)際溫度偏低，存在安全隱患，所以紅外診斷測(cè)溫一般選擇在夜間或者無(wú)風(fēng)的陰天進(jìn)行。 1) 輻射率的影響 在紅外熱像儀測(cè)溫過(guò)程中，輻射率的標(biāo)定是非常重 要的 。 K 越大 ，紅外熱像儀的分辨率越高 。 2) 工作波長(zhǎng) 工作波長(zhǎng)是根據(jù)紅外熱像儀的測(cè)溫范圍所選擇的紅外輻射波段，因?yàn)槿绻麩嵯駜x工作在合適的工作波段內(nèi)，能使被測(cè)物體有較高的輻射率和較低的透射率 、 反射率，提高測(cè)溫精度。由于被檢測(cè)的對(duì)象、測(cè)量范圍和使用場(chǎng)合不同，紅外熱像儀的外觀設(shè)計(jì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不盡相同，但基本結(jié)構(gòu)大體相似 。 在理想情況下，目標(biāo)物體的任意成像點(diǎn)對(duì)應(yīng)于熱像儀探測(cè)器所輸出的 圖像信號(hào)幅度sU ， sU 與下述因素有關(guān) ，可表示 為式 ()： 215 ( ) ( ) ( ) ( )sabTU f T R d??? ? ? ? ? ? ? ??? ? () 由 節(jié)分析可知，21 5 1() ( ) ( 1 )cTcfT b Te ?? ?? ?為物體光譜輻射的通量密度； 12~??為熱像儀工作波長(zhǎng)范圍； ? 為熱像儀的瞬時(shí)視場(chǎng)角； b 為玻爾茲曼常數(shù)； T 為被測(cè)物體的溫度； ()??為被測(cè)物體的發(fā)射率； ()a??為大氣透過(guò)率； ()R? 為熱像儀的總光譜響應(yīng)。 只要當(dāng)物體溫度有較小變化時(shí)，就將會(huì)引起其輻射功率很大變化。 從圖 中曲線可以看出： 1) 溫度越高 ，物體的輻射能力越強(qiáng)。 紅外熱像儀是 利用紅外測(cè)溫技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一種先進(jìn)的測(cè)溫儀器，是 本系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)的核心部件， 但其 價(jià)格昂貴，并且使用壽命有限，所以 如何 使購(gòu)買