3D在线式红外成像测温预警系统

1中国南方电网有限责任公司科技项目申请书及可行性研究报告项目名称：3D在线式红外成像测温预警系统申请单位：海南电网公司信息通信分公司起止时间：2013年1月至2013年12月项目负责人：联系电话：申请日期：2012年7月2填写说明一、请严格按照要求填写各项。二、专业类别根据项目所属专业种类从发电（能源）、输电、变电一次、配电一次、电力建设、系统运行、继保自动化、电网规划设计技术、通信及信息技术、计量营销、智能电网新技术、综合研究共12类技术中选择。三、项目摘要应简要说明项目研究内容和预期成果，字数要求500字以内。四、项目申请单位指提出项目建议与申请的单位或部门，如总部各部门、直属机构、各分子公司及其所属基层单位等。五、项目分工应主要描述项目申请单位与协作单位的任务划分，项目计划进度安排应按时间段列出研究推进计划，并明确各阶段交付物及标志性里程。六、科技经费预算支出科目具体解释见附件1。3项目简表项目名称3D在线式红外成像测温预警系统项目负责人姓名工作单位海南电网公司信息通信分公司性别年龄职称项目分类1、发电（能源）[]2、输电[]3、变电一次[]4、配电一次[]5、电力建设[]6、系统运行[]7、继保自动化[]8、电网规划设计技术[]9、通信及信息技术[]10、计量营销[]11、智能电网新技术[√]12、综合研究[]项目起止时间2013年1月至2013年12月申请经费总额270万项目摘要(500字以内)：通过在变电站安装在线式红外成像预警系统，对变电站变电设施实行24小时不间断非接触的测温监控，能最大程度避免由于设施老化、接触不良、过载等造成的供电故障，做到有计划的停电检修和设备维护，同时减轻工作人员的变电站巡检工作量，结合变电站3D实景图，对变电站设施的工作状态进行远程监控和诊断。在线式红外成像测温预警系统由安装在变电站的红外成像测温终端及安装在监控中心的数据服务器两部分组成，红外成像测温终端安装在变电站现场，通过360°巡视，对变电设施进行非接触的温度采集，并以数据、红外热图、可见光图片的形式将测试结果保存在中心服务器，内网的每个许可用户都可在自己的工作电脑上调看相关的变电站实时信息。完整的报表统计功能方便使用者生成符合要求的工作报表。3D实景更能让使用者有身临其境的感觉，方便故障定位。新建系统考虑与原有监控系统的图像融合、共享，开发相应的OCX插件，供原有系统及PMS系统、自动化系统调用。申请单位意见：（公章）年月日总部部门、直属机构、分子公司意见：（公章）年月日4项目分工与计划进度安排1、项目相关单位及具体分工单位具体分工项目申请单位海南省电网公司信息通信分公司协作单位1深圳键桥通讯技术股份有限公司协作单位2协作单位32、计划进度安排任务名称开始时间完成时间主要内容及交付项项目调研2013年1月20日2013年1月30日调研报告项目设计2013年2月1日2013年2月28日总体设计方案，分项设计方案系统开发及设备制造2013年3月1日2013年4月30日在线式红外成像测温预警系统系统安装、调试及工程验收、相关人员培训2013年5月1日2013年5月31日工程验收报告系统投入试运行2013年6月1日2013年9月30日试运行报告项目结题2013年10月1日2013年10月31日提交结题申请项目验收2013年11月1日2013年12月30日申请项目验收，提交验收资料编写要求：1.列出分时间段计划研究内容；2.分时间段提供成果的内容和形式，要求具有可检查性。5项目组成人员情况序号姓名年龄职称、职务工作单位任务分工12345袁训明48高级工程师深圳键桥项目总体负责6龙井明38高级工程师深圳键桥系统方案总体设计7施军29工程师深圳键桥项目开发总负责8李育红32工程师深圳键桥项目开发9龙荣平26工程师深圳键桥项目主管、实施10陈能放27工程师深圳键桥项目实施11周刚28工程师深圳键桥项目实施6一、目的和意义变电站设施在电力系统中有着极其重要的地位，一旦出现故障，就会影响供电的质量和稳定性，会造成巨大财产损失及不良社会影响等严重后果。但过流、过载、老化、接触不良、漏电、设备内部缺陷或其他内部异常导致的发热等故障现象并不能通过简单的人工观察就能发现。实践表明，通过对被测目标的红外温度测量，能够对目标的工作状态、有无故障隐患等进行监控，并且通过特定的算法就可以对设备的健康与否进行预警。红外测温具有快捷、方便、灵敏度高、非接触性远距离测量、无需使被测设备停运或解体等优点，因此，红外测温技术在电力系统中有着广泛的应用，能为故障诊断、设备检修等提供理论依据，使缺陷处理更具针对性，为开展设备状态维修创造条件，有效地预防一些事故的发生，从而提高设备运行的可靠性。变电站对电力设施温度的监测方式目前是安排工作人员定期使用手持式红外测温仪对电力设备进行巡检。该方式下，工作人员须在规定的距离内将红外测温仪对准被测节点，调整焦距，进而测得目标的温度值，在完成上一个节点测量后再进行下一个节点的测量。人工巡检测温方式存在以下问题：人工操作，浪费人力并且温度测量准确度人为因素影响较大；单点测温，测温点多时操作时间过长；人工巡查，不能自动报警，可靠性差；数据只能存储在红外测温仪的存储卡中，安全性差；存储的数据量有限，不利于工作人员做报表；安全漏洞大，两次巡检周期之间存在较大故障隐患。7二、项目研究的背景1.项目国内外现状及趋势红外技术应用于非接触测温已经得到大量的推广，目前国外从事红外热像仪研制和生产的公司主要有美国的FLIR和FLUKE，这两个公司的红外热像仪主要瞄准的是通用红外热像仪市场，以手持式测温仪为主，尚未进入在线式红外测温领域。国内开发红外的公司主要有武汉高德、广州飒特、浙江大立、深圳键桥，其中前三家公司的产品也以手持式红外热像仪为主，而深圳键桥通讯技术股份有限公司主要瞄准的是变电站在线式红外测温领域，在这个细分领域有丰富的工程和理论经验。手持式红外热像仪的测试结果依赖于操作者的经验，测试结果因此有很大偏差，未来红外热像仪的发展趋势是专用化、自动化、智能化。专用化指的是机器的用途相对专用，而不是一款通用化的仪器，它的特点与应用场合的需求相似。自动化指的是使用操作基本是自动的，无需人工干预。智能化则是指测试结果的判断具有较强的智能判断标准。2.海南电网在线式红外测温应用场景海南地处我国最南边，全年平均气温较高，因此变电设施的热工作环境更加恶劣，传统的人工巡检工作量更大，尽管有完善的巡检流程，但巡检周期之间的监管空挡还是无法规避。同时为了建设智能化电网的目标，海南电网迫切需要在变电站实时在线温度监测方面结合自己的环境特点进行项目研究，以制定一套符合海南电网的实时在线红外监测检修流程，从而进行全省电网推广应用，提高变电站在线监测智能化水平。3.传统测温技术的现状与发展常规的测温手段主要包括以下几种：3.1接触式测温：采用传统的温度传感器，与被测设备进行直接接触来进行测温。此方式由于是直接接触的，每个测温点均需要安装一个测温装置，尽管每个测温点的测温装置价格仅为2000元左右，但对于每个变电站都有上百个测温点的电力应用场合，每个变电站的投资大约需要20多万，因此经济成本很高，而且由于可操作性差，因此在电力测温中已基本不采用；83.2瞄准型红外点温仪测温：工作人员操作红外点温仪，在规定的距离内将红外点温仪对准被测温点，调整焦距，使目标充满红外点温仪中的热传感平面，然后需要根据被测目标的材料设定合适的热辐射率，才能得到目标的温度。完成一个测温点后再进行下一个测温点的测量，这是目前最常用的工业测温方式，但在电力系统已基本被淘汰，它的缺点非常明显：测试结果不具备可视化。3.3非接触式红外成像测温：这是目前电力系统常见的测温方法，通过使用红外热像仪，不仅能够对被测温点红外成像，而且能够得到红外热像图中的被测温点的准确温度，目前此类进口高档红外热成像仪的价格大约在3０-40万元左右，国产的价格在20万左右，使用时无论是进口的还是国产的，所有热红外成像仪只能对成像视角内的几个点进行测温，无法满足大数量的测温点测温。目前此方案的测温实施方法是：工作人员手持红外成像仪对被测温点对行拍摄，然后将存储在热成像仪中的图片导入到计算机中，然后分析出所有测温点的温度，并做成报表。4.研究的技术关键与难点在线式红外成像测温系统作为一种智能辅助决策系统，有效性是第一位考虑的，既不能虚报、也不能漏报，为了达成这个目标，必须对下列关键技术进行重点研究：4.1目标距离的自适应技术影响红外测温准确度的重要因素是目标距离。对于手持式红外热像仪而言，目标距离是要人工输入的，但对于在线式红外来说，目标分布在5-100米的距离范围内，如何对目标进行距离自适应是测温准确的关键。本项目计划采用具有俯仰、水平角度回传的高精度数字云台来作为伺服系统，在知道红外设备与目标之间的俯仰夹角的情况下，只要知道设备的安装高度就可以通过几何公式来获取目标的距离：S=H/SIN￠S：目标距离；H：红外终端安装高度；￠：红外终端的俯仰夹角94.2目标报警决策实施策略变电站设施的发热原因各不相同，有电压致热和电流致热之分，而且还跟每种设备的材质有很大相关，因此必须为每种设备研究一套报警决策策略。项目研究拟将报警分为绝对值报警、前后温差报警、相间温差报警三种，同时，每种报警又细分为一般告警、较重告警、严重告警三种告警级别，以供决策者采取不同的检修方案及应对措施。4.3测温目标的智能识别与动态捕捉为了准确生成数据报表，操作者首先需要将变电站内的需要监测的设备作为兴趣点输入到数据库，并在视频上进行标识，虽然高精度云台能够保证准确定位，但由于热胀冷缩等其他原因造成目标设备偏离原有预设位置时，测温就会测到别的物体上。为了防止出现这种情况，系统必须开发智能识别与动态捕捉技术，该技术需要对原有预设设备的外形进行记忆识别，并在一定偏移范围内能对该设施进行捕捉和重定位，以确保测试结果是目标的真实温度数据。4.43D场景与实时视频数据的匹配由于红外镜头的视场角有限，需要云台的转动来完成对整个变电场地的覆盖，这样的图片具有离散性，不利于操作者对间隔设备的识别，因此需要将独立测试的温度全部导入到一个根据变电站实际布置的3D场景图中，并与各个目标进行温度匹配，操作者在浏览3D场景图时就能获得目标的实际温度。4.5与其他系统的数据接口开发与红外成像测温系统需要对接的其他系统有：PMS系统、自动化系统、视频监控系统等。通过与这些系统的对接，来达到测温数据与实际线路负载、环境温度等匹配，并为统一监控提供必要的数据接口，因此必须开发统一的测温数据接口、统一的视频图片接口。别的系统调用红外的数据及图片，只需要简单的使用开发的OCX插件就可完成。10三、项目申请单位具备的研究基础和条件编写要求：1.项目负责人的情况介绍，专业、特长、工作量和在本项目中的作用；2.项目申请单位在相关研究领域曾开展的工作、曾取得的科研成果、曾获得的荣誉；3.项目申请单位在相关研究领域已有的软硬件平台、理论研究环境、实验室条件等。11四、项目研究内容、技术路线与实施方案1.项目研究内容的详细说明主要研究内容1主要技术内容全视场测温能力每个变电站里，需要测量的目标点大约有数百个之多。人工巡检时往往只会挑出少数几个特别关键的目标点来测量，这就会造成大量的目标点漏测，从而存在故障隐患。本项目将研究全视场测温能力，对镜头视场内的每一个像素点进行准确测温，并通过高精度云台的旋转，实现360°范围内的全视场测温能力。实现与现有视频系统融合将可视光图像与红外图像融合实现快速和准确地辨别故障部件，一种方式通过报警联动，当红外摄像机检测到温度过高出现报警界面，现有视频图像监控同时旋转到相应的位置。另外一种方式是红外及可见光双仓测温监控系统，可使用户看到更多的图像细节和更小的目标。系统由双通路全天候监控头（含高性能红外热像仪和CCD摄像机）与相应计算机网络组成，它可构成单独的监控系统。目标距离的自适应补偿技术测温目标与红外镜头之间的距离对测温的准确度有较大的影响。手持式红外测