【導讀】注1：注明《國際十進分類法UDC》的類號。與我一同工作的同事對本學位論文做出的貢獻均已在論文。中作了明確的說明。授權其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學位論文的部分或全部內(nèi)容。論文，按保密的有關規(guī)定和程序處理。省大量人力物力，而且使得變壓器的維護質量得到質的飛躍。紅外檢測技術是―九五‖。據(jù)上傳至遠程服務器，實現(xiàn)對該變電站的遠程監(jiān)控。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：。裝位置和監(jiān)測距離，設計程序監(jiān)測流程；有最佳的視覺效果；3)選擇合適的數(shù)據(jù)庫，設計數(shù)據(jù)存儲結構，方便系統(tǒng)存儲和查詢數(shù)據(jù)；5)根據(jù)供電局現(xiàn)有的網(wǎng)絡結構，選擇合適的傳輸協(xié)議，設計合適的傳輸流程，保證數(shù)據(jù)能實時可靠的上傳，使監(jiān)控中心的工作人員能夠及時了解設備的運行狀況。

　　

【正文】 體溫度的測量值與其真實值之間的最大誤差 ，通常以測溫范圍的上限的百分數(shù)加以表示。例如 177。2%，當測溫范圍上限為 100℃ 時，儀器的最大測量誤差為177。2 ℃ ，當然這不能完全代表現(xiàn)場可能出現(xiàn)的誤差，因為測溫精度通常是在確定的環(huán)境下通過多次測量獲得的。高精度意味著高成本，所以用戶在選擇的時候只要 能夠滿足基本要求即可 ， 無需盲目追求高精度。 4) 距離系數(shù) LR熱 像 儀被 測目 標 圖 距離系數(shù)示意圖 如圖 所示， 距離系數(shù) K 是指熱像儀與被測目標的距離 L和被測目標的直徑 R之比。 K 越大 ，紅外熱像儀的分辨率越高 。 因此，如果熱像 儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠離目標之處，而又要測量小的目標，就應選擇高光學分辨率 的 ，以減小測量誤差。 紅外熱像儀工作時，只能測定被測目標表面上確定面積的平均溫度。當被測目標的面積大于儀器的 視場 時，熱像儀能顯示被測物體位于儀器光學目標內(nèi)確定面積的真實溫度；當被測物體小于儀器的 視場 時，熱像儀顯示被測物體及背景二者溫度的加權平均值，此時顯示出的溫度誤差與被測物體的背景溫度有關 ，通常情況下，被測目標尺寸 應 超過儀器視場的 50%。 2 紅外熱像儀的選擇和使用 碩士論文 12 5) 響應時間 響應時間表示紅外熱像儀對被測目標溫度變化的反應速度 ， 是從 溫度 開始變化 到 顯示值穩(wěn)定所需的時間。當測量快速運動或溫度變化較快的目標時，要選擇 快速響應的熱像儀，否則來不及響應 目標 溫度的變化 ， 導致誤差 產(chǎn)生；但對于靜止的目標或具有熱慣性的目標，儀器的響應時間可以放寬要求，所以這個指標要視被測目標的具體情況而定。 影響紅外熱像儀測溫的因素及相關對策 [26][27][28] 影響紅外測溫的因素很多，如大氣、測試背景、物體輻射率、距離系數(shù)、相鄰設備輻射和工作波長區(qū)間范圍 等等 ， 其中有些因素是必然存在的，也是不可避免的 。 對于這些因素，可以通過選擇合適的測溫時間或采用特殊的診斷算法來消弱 其影響，本節(jié)通過對輻射率和儀器工作環(huán)境的分析來闡述這些常用的減小誤差的方法。 1) 輻射率的影響 在紅外熱像儀測溫過程中，輻射率的標定是非常重要的 。 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，而實際物體的輻射率均小于 1。物體輻射率的大小與物體的材料、粗糙度、顏色、厚度等有關，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。不同物體的輻射率是不同的，并隨物體表面的狀況變化， 在 不同的溫度和不同的波長 下 其值也會發(fā)生變化，所以在進行紅外診斷時需根據(jù)被測物體的形狀 、 檢測角度和方 向對輻射率進行修正。 若要進行絕對溫度的準確測量，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 ， 測溫時應將 熱像儀 的輻射率值調(diào)到與 表中 被測目標輻射率一致或接近， 否則測量值將與實際值存在較大的誤差；若對運行設備進行紅外診斷時，可采用比較法來消除不能精確設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備的輻射率。 2) 工作環(huán)境的影響 工作環(huán)境的影響主要來自大氣環(huán)境，在紅外輻射的過程中，由于大氣吸收作用的存在，紅外輻射的能量總 要 受 到一定程度的衰減；另一方面，大氣中存在塵埃和懸浮顆粒，它們對紅外輻射具有散射作用，使其偏離原來的傳播方向從而引起衰減。為了減小上兩種因素的影響，紅外診斷應該選擇在無雨、無霧、無塵、空氣清新的環(huán)境條件下進行。 另外兩個環(huán)境因素是太陽光輻射和風力 。 當被測設備處于太陽光的輻射下時，由于太陽光的反射和漫反射的波長區(qū)域與紅外熱像儀的測溫波長區(qū)域相近，會使得測出的被測目標的溫度比實際的溫度偏高，從而引起誤報警；而風力的影響則相反，由于受到風速對流冷卻的影響，會使被測設備熱缺陷處的溫度降低，測得的溫度比實際溫度偏低，存在安全隱患，所以紅外診斷測溫一般選擇在夜間或者無風的陰天進行。 碩士論文 基于紅外測溫技術的電力變壓器過熱故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計與開發(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和規(guī)格 ， 另外紅外熱像儀的供應商也非常多 。 在選擇時應從如下幾個方面加以綜合考慮： 1)首先明確要解決的實際問題和測量需要，如被測目標的環(huán)境、大小、測量距離以及儀器測溫范圍、測溫精度、響應時間等； 2)將 測量要求和所要解決的問題和現(xiàn)有的儀器型號進行比對，選出滿足要求的型號，在此基礎上再選出性價比 較 高的幾款； 3)對供應商的技術實力和信譽、 售后服務和技術培訓等方面進行必要的考察和了解 ， 這是非常重要的一點， 因為 選擇口碑較好的供應商進行合作比較有保障。 系統(tǒng)熱像儀的選擇 本 系統(tǒng) 對 某市供電局 城西變電站的一臺 11萬伏的電力變壓器進行 24小時在線監(jiān)測，所以熱像儀應選擇在線式的 。 經(jīng)過 現(xiàn)場 實地考察和研究之后，為了使熱像儀的測溫精確度達到最佳， 決定將 熱像儀安裝在變壓站監(jiān)控室旁邊的房檐上，距離變壓器三米左右，但近距離測量 有可能 使得熱像儀無法通過調(diào)焦獲得 能夠 包 含 整個 變壓器 的視場 ，所以本系統(tǒng)需為熱像儀配置云臺，通過云臺設置多個預置位， 將 變壓器 分成幾個部分 進行 巡檢 。另外，在安裝完畢以后用戶可以通過云臺方便調(diào)整熱像儀的監(jiān)測角度，獲得想要的監(jiān)測效果。 圖 S680DM60 熱像儀 現(xiàn)場安裝 最終本 系統(tǒng) 的熱像儀決定采用浙江大立科技股份有限公司生產(chǎn)的非制冷焦平面熱像儀 S680DM60，并為該熱像儀配 置 云臺和護罩 。 云臺主要功能是使得熱像儀可以在多個不同的預置位上對帶電設備進行測溫 。 護罩具有防水、防塵、遮陽等功能，使得熱像儀能夠不受外界環(huán)境的影響進行精確測溫 。 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，包括 軟件 開發(fā)包的升級和硬件維修。 圖 為本系統(tǒng)熱像儀在變電站的安裝圖片，整個2 紅外熱像儀的選擇和使用 碩士論文 14 云臺、護罩、熱像儀 安裝 在支架上，通過 4 根膨脹螺釘固定在墻壁上。膨脹螺釘原理是在旋入螺釘時使脹管直徑擴大，對墻體的鉆孔壁施加壓力，從而增大摩擦力，大大超過螺釘受到的拉拔力，確保不會被拉出。本系統(tǒng)采用的膨脹螺釘最大能承受力遠遠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)可靠運行。 本章小結 本章 詳細闡述了紅外 熱像儀的工作原理， 包括理論基礎和硬件實現(xiàn) 。 在此基礎上介紹了熱像儀的主要技術性能參數(shù)，分析了影響熱像儀測溫準 確性的 因素，并根據(jù)選購熱像儀時需要注意的 原則 ，在性價比盡可能高的情況下選擇本系統(tǒng)所需的熱像儀的 型號 。本章是 在線監(jiān)測 系統(tǒng)得以最終實現(xiàn)的先決條 件。碩士論文 基于紅外測溫技術的電力變壓器過熱故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計與開發(fā) 15 3 在線監(jiān)測系統(tǒng)總體方案設計 90%以上的電力設備發(fā)生故障時都有明顯的熱源部位 ， 本監(jiān)測系統(tǒng)是 通過紅外熱像儀來監(jiān)測 電力變壓器運行時 的幾個 主要潛在故障點 的 溫度 ，利用采集的溫度 對 設備的運行狀況 加以判斷 。 紅外檢測技術是 “ 九五 ” 國家科技成果重點推廣項目， 上世紀九十年代 以后我國各省市供電局致力于電力紅外診斷標準的規(guī)范，提出了一系列行之有效的診斷方法，例如濮陽電力公司的《帶電設備 紅外診斷技術標準》、河南省電力公司《配網(wǎng)電力設備紅外檢測現(xiàn)場應用規(guī)范》 ，利用這些規(guī)范 即可根據(jù) 測得設備的溫度判斷設備的運行情況 。 《 中國人民共和國電力行業(yè)標準帶電設備紅外診斷規(guī)范 》 于 1999 年 8 月 2日首次發(fā)布，經(jīng)過接近 10 年的探索，國家發(fā)改委于 2020 年 6 月 4 日發(fā)布了 該 標準的修訂版，修訂之后的標準更加全面，標志著我國電力設備紅外診斷技術 日漸 成熟。修訂之后的標準給出了使用紅外熱像儀檢測帶電設備的方法、儀器要求、儀器適用范圍、缺陷的判斷依據(jù)及紅外數(shù)據(jù)的管理規(guī)定等，適用于具有電流、電壓致熱效應或其他致熱效應的各電壓等 級設備，包括電機、變壓器、電抗器、斷路器、隔離開關、互感器、套管、電力電容器、避雷器、電力電纜、母線、導線、絕緣子、組合電器、低壓電器及二次回路等 ， 該標準 對本監(jiān)測系統(tǒng)的 設計 具有重要的指導作用。 在線監(jiān)測 系統(tǒng) 整體結構設計 [17][29] 本系統(tǒng)的設計方案中，以 紅外 熱像儀為采集核心，以 高性能 工控機為處理核心， 利用 基于 TCP/IP 協(xié)議 的網(wǎng)絡通信技術，構成功能強大、操作簡單的 電力變壓器過熱故障在線監(jiān)測系統(tǒng)。在線監(jiān)測系統(tǒng)的整體框架如圖 所示。 變 壓 器工 控 機熱 像 儀電 力 系 統(tǒng) 用 戶信 號 線紅外輻射紅外輻射電 力 專 網(wǎng)安 裝 現(xiàn) 場變 電 站 控 制 室 供 電 局 檢 修 中 心 圖 在線監(jiān)測系統(tǒng)的整體設計圖 本系統(tǒng)的前端 采集模塊利用紅外熱像儀獲得電力設備的實時溫度數(shù)據(jù)， 熱像儀通過3 在線監(jiān)測系統(tǒng)總體方案設計 碩士論文 16 自帶的傳輸介質 將溫度數(shù)據(jù) 發(fā)送至變電站監(jiān)控室 的 工 業(yè) 控 制計算機 。 DM_60 非制冷 焦平面熱像儀 帶有網(wǎng)卡， 采用 RJ45 網(wǎng)絡端口，其 擁有自身的 IP 地址，易于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸 。變電站監(jiān)控室的工 業(yè) 控 制計算機 利用 在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件接收 數(shù)據(jù) ，對接收的數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)報警判斷并顯示出最終結果，將 處理 結果 存儲 到本地計算機， 最后 再將采集的信息 上傳至 供電局檢修中心的 PC 機 。 檢修中心的 PC 機 同樣需將數(shù)據(jù)進行一系列的處理，得出設備的最終運行狀態(tài)信息，為電力專家做出最終的檢修計劃提供參考。 在線監(jiān)測系統(tǒng)的 硬件實現(xiàn) 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、雅安 D3030 室外云臺、大立 S680DM60 熱像儀 、 護罩 等 組成，每個硬件都是 根據(jù) 現(xiàn)場運行環(huán)境需要 選購 的 ， 并力求 使其具有較高的性價比 ，從而減少項目成本，利于本項目今后在電力系統(tǒng)中進行推廣。圖 標示出系統(tǒng)的各個硬件，注意熱像儀是放置在護罩當中的，且云臺和護罩都是與熱像儀配套的。 圖 系統(tǒng)主要硬件 電源模塊 變電站能夠提供 220V 的交流 電源 ，本系統(tǒng)采用的研祥工業(yè)計算機 工作電源是 220V交流電，而紅 外熱像儀、護罩以及云臺所使用的電源是 24V 的交流電，所以需要采用一個小型的變壓器將 220V 的交流電轉換為 24V 的交流電，最終這個 變壓器是 安裝 在一個電源箱 當中 ，成為本系統(tǒng)的電源控制模塊。 云臺 變壓器 熱像儀 工控機 護罩 碩士論文 基于紅外測溫技術的電力變壓器過熱故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計與開發(fā) 17 防護罩簡介 考慮到本 課題 當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行，盡可能延長 其 使用壽命 。本系統(tǒng)所配護罩 防 護 等級 為 IP66。 IP 防護類別是用 2 個數(shù)字標記的 ， 第一個數(shù)字表示接觸保護和外來保護等級， 6 級表示箱體內(nèi)在 20 毫帕的低壓下不應該有灰塵進入，這是一個極高的防塵標準；第二個數(shù)字表示防水保護等級， 6 級表示從每個方向對準箱體的強射水都不應該引起損害 [30]。 從防護等級可以看出， 本護罩是嚴格防水防塵的，能夠保證外界環(huán)境不對熱像儀造成損害。另外，本護 罩 還配有遮陽罩，能夠最大程度的減少陽光照射對熱像儀測溫產(chǎn)生的影響。 圖 護罩內(nèi)部結構 除了提供一般的防 塵、防水以及遮陽功能之外，如圖 所示，在護罩的尾部裝有加熱和散熱裝置， 其 能夠實時 檢 測護罩內(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。當護罩內(nèi)的溫度高于 50℃ 時，護罩內(nèi)的小型風扇開始工作，使得熱像儀所處工作環(huán)境的溫度降低；當護罩內(nèi)的溫度低于 15℃ ，護罩尾部自帶的加熱片開始工作，使得護罩內(nèi)的溫度上升 。 從圖 中 標注 還可以看到的一個接口 是 模擬視頻信號輸出接口， 該接口可用于傳輸實時視頻數(shù)據(jù)流， 由于本系統(tǒng)未使用到實時視頻流，該接口并未使用到。 熱像儀簡介 [31] DM60 是由 浙江大立科技股份有限公司產(chǎn)品生產(chǎn)的一款在線式紅外熱像儀， 該 紅外熱像儀采用非制冷焦平面紅外探測器，能將物體的紅外熱譜圖以高清晰度、高靈敏度的圖像展現(xiàn)出來，可滿足各行業(yè)對物體表面溫度場 進行 分析 ，實現(xiàn) 精確 的 非接觸測溫。該