【正文】 外熱像儀的工作原理，包括理論基礎(chǔ)和硬件實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)所配護(hù)罩防護(hù)等級為IP66。m ~14181。例如選中色標(biāo)時，可以按“t”、“u”切換色標(biāo)，然后通過該鍵進(jìn)行選擇，系統(tǒng)會自動記錄下當(dāng)前選中的色標(biāo)，并在下次開機(jī)時會自動切換到本次選中的色標(biāo)。 TLC485轉(zhuǎn)接模塊現(xiàn)在許多的分布式數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中，一般都采用“PC單片機(jī)”的主從結(jié)構(gòu)模型，PC機(jī)串行接口為RS232標(biāo)準(zhǔn)，而分布式系統(tǒng)一般傳輸距離都較遠(yuǎn)，所以要選用RS485收發(fā)器來實(shí)現(xiàn)通信，所以工業(yè)控制中經(jīng)常需要將RS232轉(zhuǎn)換為RS485進(jìn)行通信，目前電子市場上有很多種類的RS232/RS485轉(zhuǎn)換模塊可供選擇[34]。顯示模塊主要是用戶操作的界面，包括系統(tǒng)設(shè)置的按鈕、紅外熱像顯示、監(jiān)測區(qū)域標(biāo)定、監(jiān)測區(qū)域的溫度顯示等。它的某些功能與運(yùn)行于變電站的在線監(jiān)測軟件相同，如數(shù)據(jù)存儲、故障報警等功能，不同的是該軟件無需對儀器進(jìn)行操作，它只接收在線監(jiān)測軟件上傳的數(shù)據(jù)，是對在線監(jiān)測軟件強(qiáng)有力的一個補(bǔ)充，與在線監(jiān)測軟件一起構(gòu)成本監(jiān)測系統(tǒng)的軟件部分。在線監(jiān)測模式下系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)置好的流程循環(huán)采集溫度數(shù)據(jù)，而手動監(jiān)測模式下系統(tǒng)成功完成本次采集之后即停止操作，再次單擊手動監(jiān)測按鈕可再次采集數(shù)據(jù)。需要注意的是，端口號小于1024的是Windows的保留端口號[37]，若強(qiáng)行使用有可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)連接失敗，所以系統(tǒng)設(shè)置的端口號應(yīng)大于1024。之所以稱現(xiàn)在采集回來的熱像為參考幀，是因?yàn)闊嵯癞?dāng)中的溫度信息并不重要，用戶需要這四幀圖片來設(shè)置主要接頭點(diǎn)區(qū)域的位置信息。在本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫當(dāng)中有三張表userinfo、setupinfo、tempinfo，它們分別用來存儲用戶信息、監(jiān)測區(qū)域設(shè)置信息和監(jiān)測區(qū)域溫度，當(dāng)用戶單擊確定設(shè)置按鈕之后，系統(tǒng)會將該監(jiān)測部位除溫度信息以外的其他信息存入setupinfo表中。 定時監(jiān)測 本系統(tǒng)通過調(diào)用Wnidows提供的API函數(shù)SetTimer()設(shè)置一個1秒的定時器，在該計時器的響應(yīng)函數(shù)當(dāng)中設(shè)置一個計數(shù)器來實(shí)現(xiàn)較長時間段的定時。 //關(guān)閉已打開的串口Virtual Long Setup(EBaudrate eBaudrate = EBaud9600, //設(shè)置波特率EDataBits eDataBits = EData8, //數(shù)據(jù)位EParity eParity = EParNone, //奇偶校驗(yàn)位EStopBits eStopBits = EStop1)。因此，不能簡單地通過Windows消息引發(fā)一個對定時要求嚴(yán)格的事件，在實(shí)際應(yīng)用時，應(yīng)針對具體定時精度的要求，采取相適應(yīng)的定時方法。 //監(jiān)測部位在鏈表中的索引號float m_max。用戶可以通過單擊上、下、左、右、停止五個按鈕來轉(zhuǎn)動云臺的位置，首先調(diào)整區(qū)域1的位置，調(diào)整完畢單擊預(yù)置位1按鈕，這樣當(dāng)前位置就會被儲存到云臺的存儲芯片中。 在線監(jiān)測軟件主工作流程 參數(shù)設(shè)置模塊當(dāng)單擊參數(shù)設(shè)置按鈕時。因?yàn)樵撥浖话闾幱谧詣颖O(jiān)測狀態(tài)，使用登錄模塊可以防止非專業(yè)人員對軟件進(jìn)行不恰當(dāng)?shù)牟僮鲗?dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。數(shù)據(jù)存儲模塊通過選擇合適的數(shù)據(jù)庫將監(jiān)測區(qū)域的溫度數(shù)據(jù)和系統(tǒng)報警信息存儲，若存在報警，還需將故障熱像存儲到本地磁盤。結(jié)合用戶的實(shí)際需要，軟件具有對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和分析、生成關(guān)于故障熱像的報表等功能。該標(biāo)準(zhǔn)的接口電平值較高，容易損壞接口電路的芯片，另外該接口采用一根信號線和一根信號返回線構(gòu)成共地傳輸形式，容易產(chǎn)生共模干擾，抗噪聲干擾能力弱，傳輸距離最遠(yuǎn)也只有30米[32]。若在選擇測溫點(diǎn)模式下，按四個方向鍵可以移動測溫點(diǎn)的位置；按“8 ”可以彈出該測溫點(diǎn)的屬性框；在選擇測溫線模式下，如果測溫線為橫線（水平線），則使用“p”、“q”可以移動測溫線的位置，“t”、“u”可以移動測溫線上參考點(diǎn)的位置，如果測溫線為豎線（垂直線），則使用“t”、“u”可以移動測溫線的位置，“p”、“q”可以移動測溫線上參考點(diǎn)的位置，按“8 ”可以彈出該測溫線的屬性框；選中測溫區(qū)域時，按動四個方向鍵可以移動測溫區(qū)域的位置，或者改變測溫區(qū)域的大小，這個取決于屬性框里的設(shè)置。成像像素為320240，最小焦距為2m，視場角為11176。 在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)護(hù)罩本監(jiān)測系統(tǒng)的硬件主要是由研祥IPC810B特種工業(yè)控制計算機(jī)、雅安D3030室外云臺、大立S680DM60熱像儀、護(hù)罩等組成，每個硬件都是根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境需要選購的，并力求使其具有較高的性價比，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。除此之外，該公司能夠提供比較全面的與熱像儀配套的SDK開發(fā)包，便于本系統(tǒng)軟件的開發(fā)，而且該公司提供完善的售后服務(wù)，包括軟件開發(fā)包的升級和硬件維修。輻射率是描述被測物體相對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。例如在高溫區(qū)，~；在低溫區(qū)，一般選用8~14的長波段，從這里可以看出，[25]。在式()中、為常數(shù)，近距離測量時，近似為1。這是紅外測溫理論的基礎(chǔ)，也是單波段紅外熱像儀的測溫依據(jù)。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)計遠(yuǎn)程通信模塊，保證現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確的上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)測模塊。特別是對懸空的或者運(yùn)動的帶電設(shè)備，紅外診斷技術(shù)更具有突出的優(yōu)點(diǎn)。 國內(nèi)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀我國從70年代初開始研究開發(fā)電力設(shè)備紅外監(jiān)測技術(shù)，并逐步開始利用國內(nèi)自行研制的紅外測溫儀檢測運(yùn)行中的輸變電設(shè)備裸露過熱接頭。本課題首先分析影響熱像儀測溫準(zhǔn)確性的因素，然后對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，利用與購買的熱像儀配套的軟件開發(fā)包開發(fā)適合本系統(tǒng)的后臺處理軟件。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)測方式，并根據(jù)熱像儀的安裝位置和監(jiān)測距離，設(shè)計程序監(jiān)測流程；2) 根據(jù)熱像儀采集的熱像的特征，設(shè)計圖像預(yù)處理方案，使最終顯示的熱像具有最佳的視覺效果；3) 選擇合適的數(shù)據(jù)庫，設(shè)計數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)，方便系統(tǒng)存儲和查詢數(shù)據(jù)； 4) 根據(jù)最新的電力系統(tǒng)紅外診斷依據(jù)，設(shè)計相應(yīng)的紅外診斷算法，從而可以通過采集的溫度數(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)計合適的傳輸流程，保證數(shù)據(jù)能實(shí)時可靠的上傳，使監(jiān)控中心的工作人員能夠及時了解設(shè)備的運(yùn)行狀況。國內(nèi)一些電力專業(yè)研究所從80年代中期開始先后使用光機(jī)掃描熱像儀，積極開展變電設(shè)備故障檢測試驗(yàn)和220KV及110KV輸電線路的直升機(jī)巡線紅外檢測試驗(yàn)，并取得了良好結(jié)果。紅外診斷技術(shù)是檢測設(shè)備溫度異常的理想技術(shù)，它將成為對電力系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析、故障預(yù)測和改革維修制度的理想工具[17]。6) 基于Windows平臺利用Visual C++，確定軟件界面的風(fēng)格和功能模塊的分布，軟件編碼過程充分利用面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，在完成各種用戶所需的功能的同時，注意代碼編寫的風(fēng)格，使得程序在獲得較高的運(yùn)行效率的同時又方便其日后的維護(hù)。2) 隨著溫度升高，輻射峰值向短波方向移動。而在一定范圍內(nèi)，對于常見材料，即發(fā)射率為一個常數(shù)，記為，因此可將表示為式()： ()在一定的波長范圍內(nèi)，只與黑體的溫度有關(guān)，是個常數(shù)，只與系統(tǒng)增益有關(guān)。3) 測溫精度測溫精度是指黑體溫度的測量值與其真實(shí)值之間的最大誤差，通常以測溫范圍的上限的百分?jǐn)?shù)加以表示。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。整個云臺、護(hù)罩、熱像儀安裝在支架上，通過4根膨脹螺釘固定在墻壁上。注意熱像儀是放置在護(hù)罩當(dāng)中的，且云臺和護(hù)罩都是與熱像儀配套的。8176。3) 取消鍵（標(biāo)記C）用于取消當(dāng)前的操作，同時具備自動聚焦功能，在無菜單顯示時，長按此鍵3秒，熱像儀實(shí)現(xiàn)自動聚焦功能。云臺的控制采用的是RS485通信協(xié)議，云臺接收到從工控機(jī)發(fā)出的指令后，通過解碼板進(jìn)行解碼，做出相應(yīng)的動作。軟件分為七個功能模塊。系統(tǒng)還需設(shè)置相應(yīng)查詢模塊來對存儲的信息進(jìn)行查詢。 電力變壓器過熱故障在線監(jiān)測系統(tǒng)主界面2）監(jiān)測功能按鈕區(qū)：主要由參數(shù)設(shè)置、監(jiān)測角度設(shè)置、在線監(jiān)測方式設(shè)置、定時監(jiān)測、停止監(jiān)測、手動監(jiān)測六個按鈕組成。 參數(shù)設(shè)置模塊該模塊用來設(shè)置與熱像儀連接的IP地址和端口號、與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)連接的IP地址和端口號以及熱像顯示的色標(biāo)。當(dāng)系統(tǒng)需要再次采集預(yù)置位1的熱像時，只需調(diào)用預(yù)置位1的函數(shù)，就能將云臺設(shè)置到預(yù)置位1處。 //監(jiān)測部位內(nèi)的最大溫度float m_min。本系統(tǒng)的定時間隔較長，系統(tǒng)需要處理的任務(wù)量不大，即除定時器消息以外的其他消息均能及時的響應(yīng)，所以本系統(tǒng)的定時器設(shè)置采用API函數(shù)SetTimer()和KillTimer()來實(shí)現(xiàn)。 。利用這兩個函數(shù)，當(dāng)定時器啟動以后，Wnidows系統(tǒng)將每隔指定的時間向應(yīng)用程序發(fā)送WMTIMER消息，從而使應(yīng)用程序能夠?qū)崿F(xiàn)許多與時間相關(guān)的動作[40]。 //監(jiān)測部位內(nèi)的平均溫度}每一個監(jiān)測區(qū)域?qū)?yīng)CMonitorArea類的一個對象，本系統(tǒng)最終通過一個鏈表把所有區(qū)域?qū)ο舐?lián)系起來，這樣就可以方便對它們的溫度信息進(jìn)行讀寫。用戶可以通過同樣的操作設(shè)置另外3個預(yù)置位的角度，并采集對應(yīng)位置的參考熱像。*代表1~254之間除174以外的任何一個地址，在使用開發(fā)包提供的函數(shù)連接熱像儀時，端口號必須設(shè)置為9998，這樣才能正確的連接上熱像儀；服務(wù)器的設(shè)置原理與熱像儀一樣，將本地連接2設(shè)置為與供電局電力專網(wǎng)處于同一個局域網(wǎng)段，采用套接字進(jìn)行訪問時端口號必須與服務(wù)器端設(shè)置的端口號一致。在線監(jiān)測和手動監(jiān)測這兩個按鈕是互斥的，如果使用在線監(jiān)測，無法對該按鈕進(jìn)行任何操作；反之亦然。遠(yuǎn)程監(jiān)測模塊獨(dú)立于在線監(jiān)測軟件，安裝在供電局檢修中心的監(jiān)控PC機(jī)上，接收變壓器監(jiān)測現(xiàn)場上傳的數(shù)據(jù)，對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，將設(shè)備運(yùn)行的情況顯示在主界面上，方便專業(yè)檢修人員在第一時間了解設(shè)備的運(yùn)行狀況。需要注意的是，在用戶第一次對該軟件進(jìn)行設(shè)置以后，軟件必須能夠?qū)⒂脩粼O(shè)置的信息進(jìn)行存儲，當(dāng)用戶再次啟動該軟件時，無需重新進(jìn)行設(shè)置，本軟件利用Windows注冊表來實(shí)現(xiàn)該功能。除此之外RS485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性能好，能檢測到低達(dá)200mV的電壓，因此最大傳輸距離可達(dá)3000米[33]。4) 選擇鍵（標(biāo)記A）用于自動獲取熱像儀的最佳熱像和選擇測溫對象、色標(biāo)等。 DM60主要性能參數(shù)參數(shù)規(guī)格像素320240波長范圍8181。 防護(hù)罩簡介考慮到本課題當(dāng)中熱像儀所處的工作環(huán)境是一種多塵環(huán)境，而且熱像儀長期工作在室外，所以必須對防護(hù)罩的防水、防塵提出高要求，才能保證熱像儀能夠長期正常運(yùn)行，盡可能延長其使用壽命。本系統(tǒng)采用的膨脹螺釘最大能承受力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過熱像儀和云臺等的重量，杜絕意外的發(fā)生，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。若要進(jìn)行絕對溫度的準(zhǔn)確測量，就必須事先知道被測物體的輻射率，一般儀器說明書中都有常見材料輻射率對照表，測溫時應(yīng)將熱像儀的輻射率值調(diào)到與表中被測目標(biāo)輻射率一致或接近，否則測量值將與實(shí)際值存在較大的誤差；若對運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行紅外診斷時，可采用比較法來消除不能精確設(shè)定輻射率所帶來的影響，即相鄰部位的橫向比較和本身不同部位的縱向比較，只需求出相對溫升，不必精確知道被測設(shè)備的輻射率。2%，當(dāng)測溫范圍上限為100℃時，儀器的最大測量誤差為177。對于黑體，恒為1，如果其溫度也為，通過同一個熱像儀成像得到的圖像同一像素點(diǎn)灰度值對應(yīng)的電壓值為式()： ()由式()和式()可得式()： ()根據(jù)紅外熱像儀測得的實(shí)際物體的加上物體的發(fā)射率，通過式()可以得到相同溫度下的黑體成像灰度值。 不同溫度下的黑體光譜輻射度3) 輻射能量隨溫度的變化率，短波處比長波處大，即短波處工作的熱像儀相對信噪比高(靈敏度高)，抗干擾性強(qiáng)，熱像儀應(yīng)盡量選擇其工作波長在峰值波長處，特別是低溫小目標(biāo)的情況下，這一點(diǎn)顯得尤為重要[19]。第三章詳細(xì)介紹了本課題所設(shè)計的在線監(jiān)測系統(tǒng)的整體實(shí)現(xiàn)方案，并簡要介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件的整體功能劃分。變壓器紅外在線監(jiān)測系統(tǒng)通過軟件控制熱像儀，實(shí)現(xiàn)每天定時自動巡檢，易于及時發(fā)現(xiàn)存在過熱性缺陷的設(shè)備。除此之外，對影響電力設(shè)備紅外成像故障診斷準(zhǔn)確性的諸因素及對策也做了深入研究，制訂了一系列的紅外診斷操作規(guī)范。但是，許多國家在夏季仍然發(fā)生大面積停電事故，特別是2003年8月14日美國和加拿大的大停電事故，期間上百臺機(jī)組跳機(jī)，事故波及約5000萬人，造成的重大的經(jīng)濟(jì)損失，是美國歷史上最嚴(yán)重的停電事故[1]。研究生簽名： 年 月 日 I摘 要變電站電力變壓器是電力系統(tǒng)的核心設(shè)備，所以它在現(xiàn)代電氣設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)中占有重要地位，對于其存在的故障隱患，通常采用人工定期巡檢的方法，但這種方法費(fèi)時費(fèi)力，如今在電力行業(yè)大規(guī)模使用的是變壓器在線監(jiān)測技術(shù)，這種技術(shù)能夠節(jié)省大量人力物力，而且使得變壓器的維護(hù)質(zhì)量得到質(zhì)的飛躍。1990年的國際大電網(wǎng)會議(CIGIE)充分肯定了電力設(shè)備故障紅外診斷技術(shù)，指出該技術(shù)在電力設(shè)備從傳統(tǒng)的預(yù)防性故障檢修體制向先進(jìn)的預(yù)知性狀態(tài)維修體制改革中將發(fā)揮巨大的作用。紅外診斷可以做到對故障點(diǎn)的準(zhǔn)確直觀檢測，也可以做到預(yù)知檢修，從而降低了維修成本，提高了設(shè)備的可靠性。3) 閱讀國內(nèi)電力設(shè)備紅外診斷標(biāo)準(zhǔn)，了解常用的紅外診斷方法，最終確定使用絕對溫度和相對溫度兩種判別方法來實(shí)時反饋設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。式()表明在絕對溫度下，波長處單位面積上的黑體輻射功率。本節(jié)將從理論上推導(dǎo)如何將輻射功率轉(zhuǎn)化為溫度。所以測溫范圍是紅外熱像儀最重要的一個性能指標(biāo)，應(yīng)優(yōu)先考慮。對于這些因素，可以通過選擇合適的測溫時間或采用特殊