变电站热像智能监控系统

北京宇非华欧科技发展有限公司1变电站热像智能监控系统一、红外热像技术简述电力设备的故障有多种多样，但大多数都伴有发热的现象。从红外诊断的角度看，通常分为外部故障和内部故障。众所周知，电力系统运行中，载流导体会因为电流效应产生电阻损耗，而在电能输送的整个回路上存在数量繁多的连接件、接头或触头。在理想情况下，输电回路中的各种连接件、接头或触头接触电阻低于相连导体部分的电阻，那么，连接部位的损耗发热不会高于相邻载流导体的发热，然而一旦某些连接件、接头或触头因连接不良，造成接触电阻增大，该部位就会有更多的电阻损耗和更高的温升，从而造成局部过热。此类通常属外部故障。外部故障的特点是：局部温升高，易用红外热像仪发现，如不能及时处理，情况恶化快，易形成事故，造成损失。外部故障占故障比例较大。所谓高电压电器设备的内部故障，主要是指封闭在固体绝缘以及设备壳体内部的电气回路故障和绝缘介质劣化引起的各种故障。由于这类故障出现在电气设备的内部，因此反映的设备外表的温升很小，通常只有几K。检测这种故障对检测设备的灵敏度要求较高。内部故障的特点是：故障比例小，温升小，危害大，对红外检测设备要求高。根据相关单位提供的长期实测数据及大量案例的综合统计，电力设备外部热缺陷一般占设备缺陷总指数的90％～93%，内部热缺陷仅占7%～10%左右。在电力行业，很早就将热像仪运用于设备的安全检修上，通过其对电气设备和线路的热缺陷进行探测，如变压器、套管、断路器、刀闸、互感器、电力电容器、避雷器、电力电缆、母线、导线、组合电器、绝缘子串、低压电器以及具有电流、电压致热效应或其他致热效应的设备的二次回路等，这对于及时发现、处理、预防重大事故的发生可以起到非常关键而有效的作用。采用红外成像技术可开展以下电力设备状态检测与故障诊断工作。高压电气设备运行状态检测与内、外中心故障诊断：各类导电接头、线夹、接线桩头氧化腐蚀以及连接不良缺陷；各类高压开关内中心触头接触不良缺陷；北京宇非华欧科技发展有限公司2隔离刀闸刀口与触片以及转动帽与球头结合不良缺陷；各类CT一次内中心及外中心连接不良缺陷、本体及油绝缘不良缺陷以及内中心铁芯、线圈异常不良过热陷；各类PT绝缘不良缺陷、缺油以及内中心铁芯、线圈异常不良过热缺陷；各类电容器过热、耦合电容器油绝缘不良和缺油（低油位）缺陷；各类避雷器内中心受潮缺陷、内中心元件老化或非线性特性异变缺陷；各类绝缘瓷瓶表面污秽缺陷，零值绝缘子检测，劣化瓷瓶检测；发电机运行状态检测、电刷与集电环接触状态检测、内中心过热检测；电力变压器箱体异常过热，涡流过热，高、低压套管上、下两端连接不良以及充油套管缺油（低油位）缺陷；各类电动机轴瓦接触不良以及本体内、外中心异常过热。随着在线监控系统和无人值守变电站的逐渐普及，采用在线热像智能监测系统对设备的发热状态进行实时监控，弥补人工巡视和无人值守在安全运行中的薄弱环节成为一个重要选择。二、红外热像监控与分析诊断系统方案在电力系统中，一般是由变电站、市局、省局的层级构成方式，红外热像监控与分析诊断系统适应这种管理模式，可以实现本地监控分析，市局监控分析，省局监控分析的层级结合的监控分析方式。具体系统构架可见图一：北京宇非华欧科技发展有限公司3图一、红外热像的多级电力监控系统示意图红外热像监控与分析诊断系统可以无人远程红外热像监控与分析诊断功能。本地红外热像监控与分析诊断系统如图二所示（变电站部分）。局域网交换机省局监控客户端省局局域网处理服务器（市局）市局（科技处）市局监控客户端专网变电站1交换机值班监控客户端热像监控终端1热像监控终端2热像监控终端3热像监控终端4交换机变电站3值班监控客户端热像监控终端1热像监控终端2热像监控终端3热像监控终端4交换机专网专网处理服务器处理服务器处理服务器（省局）北京宇非华欧科技发展有限公司4图二、红外热像监控与分析诊断系统示意图本系统软件为自主开发，可以根据客户的特定需求进行功能定制化开发。本红外热像监控与分析诊断系统具有两大基本功能：热像故障智能监控功能（远程与本地）。热像故障智能分析诊断功能（远程与本地）。本地红外热像监控与分析诊断系统由四大部分组成：红外热像终端，信号传输，处理服务器以及监控分析客户端（同时可以对电气设备进行分析诊断）。特点与功能：1、热像监控终端热像监控终端具有以下特点：1)采用红外热像仪全球著名厂家FLIRA系列在线热像仪。该产品采用美国最先进的Indigo探测器，具备320x240红外像素，温度灵敏度可达0.05°C！该探测器保证了一年365天24小时之不间断测试，工作状态极其稳定，不会发生死机停机故障，给客户的设备及财产带来100%的安全保障。2)采用高精度云台，监控和分析诊断累计偏移误差小。3)红外热像与可见光摄像的一体化设计。4)风雨尘防护装置，加热和降温装置热像监控终端（红外和可见光）云台热像监控终端（红外和可见光）云台信号传输处理服务器值班监控客户端（PC机）信号传输报警装置交换机远程监控客户端（PC机）北京宇非华欧科技发展有限公司55)不间断电源供电2、信号传输整个系统的通讯符合电力行业标准IEC104通讯规约，信号传输有三种方式，具体采用哪种传输方式根据客户的具体需要以及现场实际情况决定，如图三所示：1)视频电缆传输（视频输出时）2)直接网线传输（编号2所示）和无线传输（无线路由器，编号5所示）3)光纤传输（加配带光纤接口的工业以太网交换机，编号3、4所示）图三、传输方式示意图省局、市局、变电站之间的数据传输通过专网进行传输。由于变电站现场存在高电压以及强电磁干扰，所以在变电站的现场监测终端到本地处理服务器的数据传输视现场情况采用网线或光缆传输。3、处理服务器在本系统中，处理服务器分为本地服务器与远程服务器，本地服务器为放在变电站的服务器，远程服务器为放在市局科技处和省局的服务器。本地处理服务器与远程处理服务器通过专网进行数据交换与通讯。处理服务器完成两大功能：1)数据存储与交换。北京宇非华欧科技发展有限公司6a)保存变电站正常运行时电力设备的正常红外热像图谱和出现异常时的典型故障图谱，以供将来电力设备出现异常时进行对比分析。b)所有热像终端所监测的温度数据及图谱信息即时传送到本地处理服务器，由本地处理服务器完成与省局、市局的处理服务器的数据交换，以便省局、市局随时调用处理服务器的数据进行分析。2)即时控制、分析与诊断。a)支持即时切入控制：当变电站电力设备无异常时，系统云台一直处于自动巡航状态，一旦变电站某电力设备出现热缺陷征兆时，可即时切入客户端人工控制，以控制热像仪准确定位于电力设备热缺陷征兆部分，进行即时分析。分析与诊断：当出现热缺陷故障时，可即时对云台和热像仪进行控制，定位电力设备缺陷故障部分，进行数据分析，诊断缺陷情况。4、监控与分析诊断客户端由于客户管理构架存在省局、市局、变电站三级，所以本系统的监控与分析客户端需要适应这种三级的管理构架。与服务器一样，客户端可分为两种，本地客户端（变电站）和远程客户端（省局和市局）1)本地客户端：本地客户端直接和本地处理服务器相连，根据客户应用需求开发的红外热像处理软件安装在本地客户端，可以完成即时监控，随时生成温度曲线，进行即时分析，出现异常时进行报警，以及完成客户定制化需求等。2)远程客户端：远程客户端与远程热像处理器相连，根据客户应用需求开发的红外热像处理软件安装在远程客户端，由于远程处理服务器与本地处理服务器一直进行着数据交换，所以市局客户端和省局客户端可以完成即时监控，随时生成温度曲线，进行即时分析，以及完成客户定制化需求等。3)由于在电力系统中省局、市局、变电站三者的角色不一样，所以本系统中相对应的各级客户端功能也略有差异。比如，变电站客户端侧重于即时监控和对红外热像终端的运动控制等，市局客户端侧重于数据存储和数据分析等，省局客户端侧重于数据管理等。同样，由于省局、市局、变电站三者在电力系统中的角色不一样，所以省局、市局、变电站三级的客户端优先级别也不一样，具体优先级的设置根据客户实际管理模式设定。北京宇非华欧科技发展有限公司7以上对本系统构架及各个组成部分进行了简要的描述，下面对整个系统的功能以及关键环节进行简要说明。北京宇非华欧科技发展有限公司8三、系统部分功能简要说明1、监控及测温功能本系统的核心是对变电站的电力设备的温度进行监控，那么如何准确获取变电站电力设备的准确温度成为本系统的核心，在红外热像领域，影响准确测温的因素多种多样，针对本系统的应用对象（变电站）来说，影响准确测温的因素如下：a)准确清晰对焦b)环境因素的影响（如环境温度、风速等）本系统红外热像终端采用全球著名厂商FLIR的在线式热像仪A系列，由于A系列内置马达（A的技术指标可参看主要部件技术参数），可以在客户端控制进行自动对焦，不需要电动镜头，所以在自动对焦上稳定可靠。由于风速对红外热像准确测温的影响比较大，所以本系统采用了WST技术（风速处理技术），把风速对测温的影响降到最低。2、自动巡航和自动报警功能当需要进行无人值守时按下巡航按钮，监控系统即处于自动监测状态，它会从归零线开始，依次对四个扇区进行巡航扫描。下图显示出云台在巡航模式下的工作状态：云台从扇区Ⅰ开始顺时针转动，依次转过扇区Ⅰ、扇区Ⅱ、扇区Ⅲ、扇区Ⅳ，然后返回到归零线，开始下一个循环（一个周期划分多少个扇区根据现场情况确定）。如果落入扇区Ⅰ的是一个变压器，那么我们可以在这个扇区设定报警上限值，一旦检测到变压器温度超过报警温度，系统将马上报警。云台归零线扇区Ⅰ扇区Ⅱ扇区Ⅲ扇区Ⅳ北京宇非华欧科技发展有限公司9如果没有发生报警，云台将断续前进，巡航到下一个扇区。云台会在每个扇区内停留几分钟，并且把扇区的温度数据库发往热像服务器，这样在本地监控室就可以看到每个设备的温度值，它将做为电力系统对设备运行故障诊断的一个参考依据。可以根据客户的要求以及现场实际运行情况，每到整点时刻，系统可以将云台在所有预置点所采集的数据写到数据库中，以供历史查询。归零线的作用是为了消除累计误差，便于扇区准确定位。3、一键切换功能当自动巡航发现电力设备异常时，本系统可以实现自动巡检模式一键切换现场分析模式功能。也可以基于报警信息的快速定位切换到报警位置点和自动回复到检测点。4、诊断分析功能本系统是通过图像分割实现电气设备划分和分对象数据采集，关于设备的识别是通过建立图像与设备的映射关系实现的。如下图所示：当云台转到某个扇区后必须对窗口中的设备进行识别，因为每个设备的报警温度可能是不一样的，因此当窗口中的某个设备超温不正常时必须能够及时把它找出来并提示用户是哪个设备出现问题，所以有必要让系统能够认出设备，怎样识别图像中的设备呢？以上图为例，当云台转到某个扇区时，窗口中可以看到三个监测目标，每个目标都在其中窗口中的固定位置，记下它们分别在窗口中的坐标位置，对窗口进行分割，分割成这样的三个区域，这样每个设备都被包含到对应的区域中，把这个值写到数据库中，以后每次云台转到这个位置就会从数据库中取出设备的区域，从而在这个区域里测得设备的当前温度，得到的数据传输到本地处理服务器。这个系统通过红外实时监控把变电站的设备温度实时显示出来，让值班人员某扇区所在窗口设备1设备2设备3北京宇非华欧科技发展有限公司10能够及时准确的看出所以被监测设备的运行情况，是否过热，是否有故障，另外一个作用是实时的发送设备温度数据，以供后方处理。图像可以供值班人员查看，而发送的数据可以给调度室人看，一个提供直观信息，一个做为设备状况的参考数据，两相结合，给电力系统提供更科学、更准确的预警手段，大大提高了工作效率和降低了对人的依赖性。5、重点区域分析功能可以对热像图进行区域分析、点分析和线分析，实时显示所选区域最高、最低和平均温度，如图所示：6、报表功能可以根据客户要求定制各种报告，可以根据时间区间选择数值生成报告，并可以导出为Word/Excel格式；报告模板提供预留选项，供新参数的引用，如图所示：北京宇非华欧科技发展有限公司117、系统故障自我诊断功能本系统具有自我诊断功能，当