【導(dǎo)讀】注1：注明《國(guó)際十進(jìn)分類(lèi)法UDC》的類(lèi)號(hào)。與我一同工作的同事對(duì)本學(xué)位論文做出的貢獻(xiàn)均已在論文。中作了明確的說(shuō)明。授權(quán)其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部?jī)?nèi)容。論文，按保密的有關(guān)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(hù)質(zhì)量得到質(zhì)的飛躍。紅外檢測(cè)技術(shù)是―九五‖。據(jù)上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)該變電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控。包開(kāi)發(fā)適合本系統(tǒng)的后臺(tái)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(cè)距離，設(shè)計(jì)程序監(jiān)測(cè)流程；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)；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。

　　

【正文】 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。 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。當(dāng)被測(cè)目標(biāo)的面積大于儀器的 視場(chǎng) 時(shí)，熱像儀能顯示被測(cè)物體位于儀器光學(xué)目標(biāo)內(nèi)確定面積的真實(shí)溫度；當(dāng)被測(cè)物體小于儀器的 視場(chǎng) 時(shí)，熱像儀顯示被測(cè)物體及背景二者溫度的加權(quán)平均值，此時(shí)顯示出的溫度誤差與被測(cè)物體的背景溫度有關(guān) ，通常情況下，被測(cè)目標(biāo)尺寸 應(yīng) 超過(guò)儀器視場(chǎng)的 50%。 2 紅外熱像儀的選擇和使用 碩士論文 12 5) 響應(yīng)時(shí)間 響應(yīng)時(shí)間表示紅外熱像儀對(duì)被測(cè)目標(biāo)溫度變化的反應(yīng)速度 ， 是從 溫度 開(kāi)始變化到 顯示值穩(wěn)定所需的時(shí)間。當(dāng)測(cè)量快速運(yùn)動(dòng)或溫度變化較快的目標(biāo)時(shí)，要選擇 快速響應(yīng)的熱像儀，否則來(lái)不及響應(yīng) 目標(biāo) 溫度的變化 ， 導(dǎo)致誤差 產(chǎn)生；但對(duì)于靜止的 目標(biāo)或具有熱慣性的目標(biāo)，儀器的響應(yīng)時(shí)間可以放寬要求，所以這個(gè)指標(biāo)要視被測(cè)目標(biāo)的具體情況而定。 影響紅外熱像儀測(cè)溫的因素及相關(guān)對(duì)策 [26][27][28] 影響紅外測(cè)溫的因素很多，如大氣、測(cè)試背景、物體輻射率、距離系數(shù)、相鄰設(shè)備輻射和工作波長(zhǎng)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(duì)于這些因素，可以通過(guò)選擇合適的測(cè)溫時(shí)間或采用特殊的診斷算法來(lái)消弱其影響，本節(jié)通過(guò)對(duì)輻射率和儀器工作環(huán)境的分析來(lái)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(cè)溫過(guò)程中，輻射率的標(biāo)定是非常重 要的 。 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。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。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(zhǎng) 下 其值也會(huì)發(fā)生變化，所以在進(jìn)行紅外診斷時(shí)需根據(jù)被測(cè)物體的形狀 、 檢測(cè)角度和方向?qū)椛渎蔬M(jìn)行修正。 若要進(jìn)行絕對(duì)溫度的準(zhǔn)確測(cè)量，就必須事先知道被測(cè)物體的輻射率， 一般儀器說(shuō)明書(shū)中都有常見(jiàn)材料輻射率對(duì)照表 ， 測(cè)溫時(shí)應(yīng)將 熱像儀 的 輻射率值調(diào)到與 表中 被測(cè)目標(biāo)輻射率一致或接近， 否則測(cè)量值將與實(shí)際值存在較大的誤差；若對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行紅外診斷時(shí)，可采用比較法來(lái)消除不能精確設(shè)定輻射率所帶來(lái)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(duì)溫升，不必精確知道被測(cè)設(shè)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(lái)自大氣環(huán)境，在紅外輻射的過(guò)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(duì)紅外輻射具有散射作用，使其偏離原來(lái)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(yīng)該選擇在無(wú)雨、無(wú)霧、無(wú)塵、空氣清新的環(huán)境條件下進(jìn)行。 另外兩個(gè)環(huán)境因素是太陽(yáng)光輻射和風(fēng)力 。 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。 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(lèi)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 。 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。 系統(tǒng)熱像儀的選擇 本 系統(tǒng) 對(duì) 某市供電局 城西變電站的一臺(tái) 11萬(wàn)伏的電力變壓器進(jìn)行 24小時(shí)在線監(jiān)測(cè)，所以熱像儀應(yīng)選擇在線式的 。 經(jīng)過(guò) 現(xiàn)場(chǎng) 實(shí)地考察和研究之后，為了使熱像儀的測(cè)溫精確度達(dá)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(cè)量 有可能 使得熱像儀無(wú)法通過(guò)調(diào)焦獲得 能夠 包 含 整個(gè) 變壓器 的視場(chǎng) ，所以本系統(tǒng)需為熱像儀配置云臺(tái)，通過(guò)云臺(tái)設(shè)置多個(gè)預(yù)置位， 將 變壓器 分成幾個(gè)部分進(jìn)行 巡檢 。另外，在安裝完畢以后用戶可以通過(guò)云臺(tái)方便調(diào)整熱像儀的監(jiān)測(cè)角度，獲得想要的監(jiān)測(cè)效果。 圖 S680DM60 熱像儀 現(xiàn)場(chǎng)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(tái)和護(hù)罩 。 云臺(tái)主要功能是使得熱像儀可以在多個(gè)不同的預(yù)置位上對(duì)帶電設(shè)備進(jìn)行測(cè)溫 。 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 。 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。 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。膨脹螺釘原理是在旋入螺釘時(shí)使脹管直徑擴(kuò)大，對(duì)墻體的鉆孔壁施加壓力，從而增大摩擦力，大大超過(guò)螺釘受到的拉拔力，確保不會(huì)被拉出。本系統(tǒng)采用的膨脹螺釘最大能承受力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)熱像儀和云臺(tái)等的重量， 杜絕 意外的 發(fā) 生，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。 本章小結(jié) 本章 詳細(xì)闡述了紅外 熱像儀的工作原理， 包括理論基礎(chǔ)和硬件實(shí)現(xiàn) 。 在此基礎(chǔ)上介紹了熱像儀的主要技術(shù)性能參數(shù)，分析了影響熱像儀測(cè)溫準(zhǔn)確性的 因素，并根據(jù)選購(gòu)熱像儀時(shí)需要注意的 原則 ，在性價(jià)比盡可能高的情況下選擇本系統(tǒng)所需的熱像儀的 型號(hào) 。本章是 在線監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)得以最終實(shí)現(xiàn)的先決條 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) 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 。 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 。 《 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。修訂之后的標(biāo)準(zhǔn)給出了使用紅外熱像儀檢測(cè)帶電設(shè)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(yīng)或其他致熱效應(yīng)的各電壓等級(jí)設(shè)備，包括電機(jī)、變壓器、電抗器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、互感器、套管、電力電容器、避雷器、電力電纜、母線、導(dǎo)線、絕緣子、組合電器、低壓電器及二次回路等 ， 該標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 具有重要的指導(dǎo)作用。 在線監(jiān)測(cè) 系統(tǒng) 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) [17][29] 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中，以 紅外 熱像儀為采集核心，以 高性能 工控機(jī)為處理核心， 利用 基于 TCP/IP 協(xié)議 的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，構(gòu)成功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單的 電力變壓器過(guò)熱故障在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體框架如圖 所示。 變 壓 器工 控 機(jī)熱 像 儀電 力 系 統(tǒng) 用 戶信 號(hào) 線紅外輻射紅外輻射電 力 專 網(wǎng)安 裝 現(xiàn) 場(chǎng)變 電 站 控 制 室 供 電 局 檢 修 中 心 圖 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)圖 本系統(tǒng)的前端 采集模塊利用紅外熱像儀獲得電力設(shè)備的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)， 熱 像儀通過(guò)3 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 碩士論文 16 自帶的傳輸介質(zhì) 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(jì)算機(jī) 。 DM_60 非制冷 焦平面熱像儀 帶有網(wǎng)卡， 采用 RJ45 網(wǎng)絡(luò)端口，其 擁有自身的 IP 地址，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸 。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) 。 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。 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 標(biāo)示出系統(tǒng)的各個(gè)硬件，注意熱像儀是放置在護(hù)罩當(dāng)中的，且云臺(tái)和護(hù)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(jì)算機(jī) 工作電源是 220V交流電，而紅 外熱像儀、護(hù)罩以及云臺(tái)所使用 的電源是 24V 的交流電，所以需要采用一個(gè)小型的變壓器將 220V 的交流電轉(zhuǎn)換為 24V 的交流電，最終這個(gè) 變壓器是 安裝 在一個(gè)電源箱 當(dāng)中 ，成為本系統(tǒng)的電源控制模塊。 云臺(tái) 變壓器 熱像儀 工控機(jī) 護(hù)罩 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) 17 防護(hù)罩簡(jiǎn)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(zhǎng)期工作在室外，所以 必須 對(duì)防護(hù)罩的防水、防塵提出高要求 ，才能保證熱像儀能夠長(zhǎng)期正常運(yùn)行，盡可能延長(zhǎng) 其 使用壽命 。本系統(tǒng)所配護(hù)罩 防護(hù) 等級(jí) 為 IP66。 IP 防護(hù)類(lèi)別是用 2 個(gè)數(shù)字標(biāo)記的 ， 第一個(gè)數(shù)字表示接觸保護(hù)和外來(lái)保護(hù)等級(jí)， 6 級(jí)表示箱體內(nèi)在 20 毫帕的低壓下不應(yīng)該有灰塵進(jìn)入，這是 一個(gè)極高的防塵標(biāo)準(zhǔn)；第二個(gè)數(shù)字表示防水保護(hù)等級(jí)， 6 級(jí)表示從每個(gè)方向?qū)?zhǔn)箱體的強(qiáng)射水都不應(yīng)該引起損害 [30]。 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。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。 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。當(dāng)護(hù)罩內(nèi)的溫度高于 50℃ 時(shí)，護(hù)罩內(nèi)的小型風(fēng)扇開(kāi)始工作，使得熱像儀所處工作環(huán)境的溫度降低；當(dāng)護(hù)罩內(nèi)的溫度低于 15℃ ，護(hù)罩尾部自帶的加熱片開(kāi)始工作，使得護(hù)罩內(nèi)的溫度上升 。 從圖 中 標(biāo)注 還可以看到的一個(gè)接口 是 模擬視頻信號(hào)輸出接口， 該接口可用于傳輸實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)流， 由于本系統(tǒng)未使用到實(shí)時(shí)視頻流，該接口并未使用到。 熱像儀簡(jiǎn)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(cè)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(lái)，可滿足各行業(yè)對(duì)物體表面溫度場(chǎng) 進(jìn)行 分析 ，實(shí)現(xiàn) 精確 的 非接觸測(cè)溫。該款熱像儀的主要參數(shù)如表 所示 。 從 表 可以看到， DM60 的測(cè)溫范圍為 20℃ ~+180℃ ，測(cè)溫精度為 177。2 ℃ ， 而 測(cè)量波長(zhǎng)范圍為 8181。m ~14181。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。 成像像素為 320240，最小焦距為 2m， 視場(chǎng)角為 11176。8176。， 有自動(dòng)和手動(dòng)兩種調(diào)焦方式 ， DM60 具有