CN101882811A - 变电站远程温度图像监测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站远程温度图像监测系统和方法，该系统由全景监测红外热像仪、定点监测红外热像仪和移动监测红外热像仪通过网络接口连接到数据处理服务器，监控终端通过网络交换机与数据处理器连接。使用该系统中的全景监测红外热像仪和定点监测红外热像仪对电站进行高、低分辨率搭配的定点监控，用中分辨率的移动监测红外热像仪进一步监测故障设备以确定故障。使用高低分辨率搭配、固定移动及网络通信相结合的方法对变电站远程温度图像监测，具有监测设备投入及使用成本低、监测全面准确、效率高且可远程无人值守的优点。

Description

变电站远程温度图像监测系统和方法

技术领域

本发明涉及一种变电站的远程监测技术，尤其是一种利用了红外热像仪的变电站远程图像监测技术。

 

背景技术

随着电力系统改革的逐渐深入和智能电网发展的需求，电力系统面临了前所未有的竞争压力。近年来，越来越多的先进技术应用到电力行业，使电力行业的变电站综合自动化管理提高到了一个新的水平，无人值守、少人值班成为可能，国家电力调度中心也要求现有的35kV、110kV、220kV变电站在条件成熟时，逐步实现无人值守，新建变电站应按无人值守方式设计。然而，目前电力行业由于普遍采用的是视频环境图像监视，加之存在变电设备绝缘检测的问题，平时还需专人定时对变电设备进行检测，因此不能满足变电站完全无人值守并保证变电设备安全运行的目标。

目前利用红外热成像技术对变电站的监控有两种方式。一种方式为人工检测，这种方式存在以下缺点：首先，需要工作人员使用手持式红外热像仪对变电站设备先进行逐项拍摄，然后进行后续的分析处理，工作周期长、效率低，而且无法实现信息的实时性；其次，这种检测方式获得的是一幅或几幅热图，在时间上不是连续的，后续处理需要工作人员凭借经验得出结果，可信度低；第三，工作人员要在强电磁环境中工作，人身安全和身体健康都受到威胁。另一种方式是在变电站内密集排布高分辨率红外热像监测设备，这种方式的硬件成本花费大，多数变电站没有能力支付，而且对于远程监测人员来说，前端监测设备过多也会加重监测工作的工作量，造成资源浪费、降低工作效率。

 

发明内容

本发明的任务是为了克服现有技术的缺陷，提供一种前端监测设备少、硬件投入成本低，使用效率高，能够实现无人值守、少人值班、完全远程监控的现代化变电站远程监控的系统和方法。

技术手段：

本发明公开了一种变电站远程温度图像监测系统，包括高分辨率的全景监测红外热像仪、低分辨率的定点监测红外热像仪、中等分辨率的移动监测红外热像仪、网络接口、数据处理服务器、网络交换机和监控终端设备，全景监测红外热像仪、定点监测红外热像仪和移动监测红外热像仪通过网络接口连接到数据处理服务器，数据处理服务器通过网络交换机与监控终端连接，数据处理服务器内还设有可以海量存储的磁盘阵列。

其中全景监测红外热像仪和定点监测红外热像仪还设有云台。

在变电站内的每个变电设备周边设置有一个以上的网络接口；在变电站内部设有一台以上全景监测红外热像仪，用来对变电站内除主变压器以外的所有设备进行全景监测；定点监测红外热像仪有两台分设在主变压器的前后两侧，用来对主变压器进行监测；当全景监测红外热像仪发现故障时，将移动监测红外热像仪移动设置在故障处，对所发现故障进行监测，移动监测红外热像仪通过与之最接近的网络接口与所述数据处理服务器连接。

全景监测红外热像仪、定点监测红外热像仪和移动监测红外热像仪还配有可见光摄像机和用于检测周围环境的温度传感器和湿度传感器。

网络接口由光纤收发器和光纤熔接盒构成，其上配有电源，数据处理服务器的I/O端口连有光纤收发器，网络接口与数据处理服务器之间由光纤连接。

上述高分辨率是指分辨率大于等于480×480pixel，中等分辨率是指分辨率大于160×160pixel且小于480×480pixel，低分辨率是指分辨率小于等于160×160pixel。

本发明还公开了一种利用了上述系统进行变电站远程温度图像监测的方法，包括以下几个步骤：a、将一台以上带有云台的高分辨率的全景监测红外热像仪设置在变电站内对变电站进行全景监测，使每台全景监测红外热像仪的监测范围最大而且监测范围重叠最小，其中变电站内除主变压器以外的任一设备至少被一台全景监测红外热像仪的监视范围覆盖；b、将两台带有云台的低分辨率的定点监测红外热像仪设置在变电站的主变压器的前后两侧对主变压器进行监测；c、当a步骤发现异常设备时，使用中等分辨率的移动监测红外热像仪对异常设备进行一个预定周期的监测；

上述三个步骤收集的监测信息通过有线网络传送到数据处理服务器，数据处理服务器将信息通过网络交换机传送给监控终端。

其中监控终端包括设置在局域网内的监控中心和设置在广域网内的PC机；所述c步骤中的一个预定周期为二十四小时。

在a步骤中使用的全景监测红外热像仪的分辨率为640×480pixel，在b步骤中使用的定点监测红外热像仪的分辨率为160×120pixel，在c步骤中使用的移动监测红外热像仪的分辨率为320×240pixel。

有益效果：

本系统采用移动式红外热像仪和固定式红外热像仪相结合，高、中、低三种分辨率的红外热像仪相配合的方式对变电站进行监控，高、低分辨率的固定式红外热像仪分别对变电站全景和主变压器进行监控，中等分辨率的移动式红外热像仪只对由固定式红外热像仪发现故障的地方进行周期性监控，采用这种系统和方法可以大大减少硬件设备的投入，一般在长宽为120米×60米的变电站内，只需两台分辨率为640×480pixel的高分辨率全景监测红外热像仪、一台分辨率为320×240pixel的中等分辨率移动监测红外热像仪和两台分辨率为160×120pixel的低分辨率定点监测红外热像仪，并根据需要在相关设备上配备云台就可以完成对整个变电站的监控，而且监控前端少也会相应的减轻监控人员的工作量。数据通过光纤传输，并且采用多网络接口密集排布，减少暴露在地面上的导线，避免电磁场对数据传输的影响，同时也避免对变电站设备产生电磁影响。数据处理服务器通过网络交换机与监控终端连接，可以实现局域网和广域网共同监测、多用户同时监控同一前端。本发明由于采用了红外热成像技术、图像压缩及网络技术，使变电站的真正无人值守已成为可能。

 

附图说明

图1为本变电站远程温度图像监测系统的结构图；

图2为本变电站远程温度图像监测方法示意图；

图3为本变电站远程温度图像监测的监测结果之一；

图4为本变电站远程温度图像监测的监测结果之二。

其中：1为全景监测红外热像仪，2为定点监测红外热像仪，3为移动监测红外热像仪，4为网络接口，5为变电站。

 

具体实施方式

实施例1：

如图1和图2所示，在变电站5内的中央位置设有两台高分辨率的全景监测红外热像仪1，全景监测红外热像仪用于监测变电站内除主变压器以外的所有一般设备，全景监测红外热像仪配有可以在360度的视角内自由转动的云台；全景监测红外热像仪检测距离远，而且监测时间较短，无法判断故障原因和等级，为了克服这种缺陷，当全景监测红外热像仪检测到故障时，再使用中等分辨率的移动监测红外热像仪3对故障位置处进行一个周期的监测；在主变压器的前后两侧设有两台低分辨率的定点监测红外热像仪2，定点监测红外热像仪也配有云台，使其可以通过转动监测主变压器的每一个部位。在三种红外热像仪上还同时配有视角相同的可见光摄像机和用于监测周围环境的温度传感器和湿度传感器，目的是为监测收集更精确的对比数据。

每台监测红外热像仪通过有线网络与数据处理服务器连接，此处所用的有线网络以光纤作为介质，以避免电磁场的影响；网络接口4由光纤收发器和光纤熔接盒构成，其上配备电源。在变电站内每个设备的周边至少要设置一个网络接口，通常是在电站的最外围每隔一定距离设置一个，并且在相邻两排设备的排与排的中间位置也间隔设置网络接口，这样做的目的是方便移动监测红外热像仪就近接入网络，减少暴露在地面上的导线；数据处理服务器的I/O端口连有光纤收发器，并且数据处理服务器还连接有海量存储的磁盘阵列，便于工作人员的后续工作；数据处理服务器通过网络交换机连接监测终端，终端可以是连接在局域网内的大屏幕显示屏或电视墙，也可以是广域网内拥有不同控制权限的PC机。

实施例2：

参照图2所示，在实施例1的基础上本变电站远程温度图像监测的方法，包括以下几个步骤：a、将两台高分辨率的全景监测红外热像仪1设置在变电站5内对变电站进行全景监测，使每台全景监测红外热像仪的监测范围最大而且监测范围重叠最小，其中变电站内的任一设备至少被一台全景监测红外热像仪的监视范围覆盖；b、将两台低分辨率的定点监测红外热像仪2设置在主变压器的前后两侧对主变压器进行监测；c、当a步骤发现异常设备时，使用中等分辨率的移动监测红外热像仪3对异常设备进行一个周期的监测。

上述三个步骤收集的信息通过有限网络传送到数据处理服务器，其中，移动监测红外热像仪在监测时通过与之最接近的网络接口4接入网络；通常c步骤的一个监测周期至少为二十四小时。

在选择全景监测红外热像仪时，主要考虑的因素是拍摄清晰度、硬件成本以及变电站内设备的密集度，其监测对象包括导线的接头部位、电缆出头和瓷支柱等细小部位，应该选择分辨率高的红外热像仪。全景监测红外热像仪的监测范围要尽量多的覆盖变电站内的设备，所以通常会在变电站内相对空旷的地方设置该热像仪对变电设备进行远距离监测，再考虑到硬件成本以及被监测部位的大小和密集程度，需要选用分辨率大于等于480×480pixel的高分辨率的红外热像仪，一般分辨率为640×480pixel就可以满足需求。640×480pixel的红外热像仪在半径30米的距离内可以观察清楚直径为两厘米的物体，两厘米也就是一个螺丝帽的直径。

在选择定点监测红外热像仪时，由于定点监测红外热像仪只监测主变压器一套设备，而且是两个方向同时近距离监测，加之主变压器体积比较大，分辨率小于等于160×160pixel的低分辨率红外热像仪就可以满足要求，一般选用分辨率为160×120pixel的为宜。

移动监测红外热像仪是配合全景监测红外热像仪使用的监测设备，其监测目标是全景监测红外热像仪发现但又无法判断具体故障原因的部位，这些部位大多都是处在高架线上的接触点，监测距离远而且体积很小，分辨率太低的热像仪不易观测，而太高又会造成一定的资源浪费，所以使用分辨率在160×160pixel到480×480pixel的中等分辨率的红外热像仪即可，一般选用分辨率为320×240pixel的为宜。

本系统的特点是移动式监测与固定式监测相结合，在一个长120米，宽60米的变电站内，两台640×480pixel的红外热像仪、两台160×120pixel的红外热像仪和一台320×240pixel的红外热像仪，由云台配合使用就可以完成对整个变电站准确全面的监测，大大减少硬件成本，同时监控前端少也减轻了工作人员的监控工作，提高了工作效率；并利用网络交换机连接监控终端和数据处理服务器，实现局域网终端和广域网终端共同监控。在更大的变电站内只需要增加全景监测红外热像仪的个数，无需增加其他硬件设备就可以完成监测。

下面通过几个具体实施例介绍本系统和方法监测的结果。

实施例3：

参见图3。图3为本系统对220Kv的主变压器低压侧故障检测的温度分析曲线，检测时间处于午夜时，其中C03为B相的温度曲线，C01为A相的温度曲线。从温度分析曲线得知，当设备处于午夜时，用电量减小，B相（C03）温度下降，但A相（C01）并未随负荷的降低而降温，这说明A相并不是简单的接触不良，而是电压电流负荷致热缺陷。上述缺陷是一般的手持式检测设备无法确定的。

实施例4：

参见图4。图4为瓷支柱的温度分析曲线，本曲线所示缺陷是由全景监测红外热像仪发现，并由移动监测红外热像仪经过周期性监测后分析得出的。在图中可以看到瓷支柱的每隔一段时间会出现瞬时发热，一般瓷支柱发热分两种情况，一种是污秽发热，一种是介电损耗，污秽发热的温度曲线一般为直线，只有介电损耗的曲线才会出现瞬时发热的现象。介电损耗是较为严重的一种缺陷，产生的原因是由于瓷支柱受损形成电容，电容积累电荷到一定程度后导致尖峰放电，周围空气被击穿，温度瞬间升高后又迅速回落，之后又进行下一次电荷积累，这种现象需要通过长时间的监测才可以得出结论。使用手持式红外热像仪，由于监测时间短，只能发现有发热情况，但无法判断属于介电损耗还是污秽发热。

实施例3和实施例4为本系统的两个普通的应用实例，通常本系统还可以对同类设备进行采样对比得出监测结论。比如利用全景监测红外热像仪对同一线路上的多个连接在杆塔两侧的电缆接头进行温度数据采集，通过对比发现其中一个接头的温度比最低温度高出了35%，可以判断此接头存在故障。在做采样对比时，环境温度、湿度以及采样时间是否处于用电高峰期都会对结果产生影响，所以无法使用具体的温度数据作为对比标准。利用对比的方式可以根据高出的温度比例得出故障等级，但无法确定故障原因，所以在利用采样对比发现故障之后，仍然需要利用移动检测红外热像仪对该处故障进行一个周期的监测，对故障原因作出分析。

Claims (10)

1.一种变电站远程温度图像监测系统，其特征在于：所述变电站远程温度图像监测系统包括高分辨率的全景监测红外热像仪、低分辨率的定点监测红外热像仪、中等分辨率的移动监测红外热像仪、网络接口、数据处理服务器、网络交换机和监控终端设备，全景监测红外热像仪、定点监测红外热像仪和移动监测红外热像仪通过网络接口连接到数据处理服务器，数据处理服务器通过网络交换机与监控终端连接，数据处理服务器内还设有可以海量存储的磁盘阵列。

2.根据权利要求1所述的变电站远程温度图像监测系统，其特征在于：在变电站内的每个变电设备周边设置有一个以上的所述网络接口；在变电站内部设有一台以上所述全景监测红外热像仪，用来对变电站内除主变压器以外的所有设备进行全景监测；所述定点监测红外热像仪有两台分设在主变压器的前后两侧，用来对主变压器进行监测；当全景监测红外热像仪发现故障时，所述移动监测红外热像仪移动设置在故障处，对所发现故障进行监测，移动监测红外热像仪通过与之最接近的网络接口与所述数据处理服务器连接。

3.根据权利要求1所述的变电站远程温度图像监测系统，其特征在于：所述全景监测红外热像仪和定点监测红外热像仪还设有云台。

4.根据权利要求1所述的变电站远程温度图像监测系统，其特征在于：所述全景监测红外热像仪、定点监测红外热像仪和移动监测红外热像仪还配有可见光摄像机。

5.根据权利要求1所述的变电站远程温度图像监测系统，其特征在于：所述全景监测红外热像仪、定点监测红外热像仪和移动监测红外热像仪上配有用于检测周围环境的温度传感器和湿度传感器。

6.根据权利要求1所述的变电站远程温度图像监测系统，其特征在于：所述网络接口由光纤收发器和光纤熔接盒构成，其上配有电源，所述数据处理服务器的I/O端口连有光纤收发器，所述网络接口与数据处理服务器之间由光纤连接。

7.根据权利要求1所述的变电站远程温度图像监测系统，其特征在于：所述高分辨率是指分辨率大于等于480×480pixel；所述中等分辨率是指分辨率大于160×160pixel且小于480×480pixel；所述低分辨率是指分辨率小于等于160×160pixel。

8.利用了权利要求1至7中任一权利要求所述的变电站远程温度图像监测系统进行变电站远程温度图像监测的方法，其特征在于：所述变电站远程温度图像监测的方法包括以下几个步骤：a、将一台以上带有云台的高分辨率的全景监测红外热像仪设置在变电站内对变电站进行全景监测，使每台全景监测红外热像仪的监测范围最大而且监测范围重叠最小，其中变电站内除主变压器以外的任一设备至少被一台全景监测红外热像仪的监视范围覆盖；b、将两台带有云台的低分辨率的定点监测红外热像仪设置在变电站的主变压器的前后两侧对主变压器进行监测；c、当a步骤发现异常设备时，使用中等分辨率的移动监测红外热像仪对异常设备进行一个预定周期的监测；

上述三个步骤收集的监测信息通过有线网络传送到数据处理服务器，数据处理服务器将信息通过网络交换机传送给监控终端。

9.根据权利要求8所述的变电站远程温度图像监测的方法，其特征在于：所述监控终端包括设置在局域网内的监控中心和设置在广域网内的PC机；所述c步骤中的一个预定周期为二十四小时。

10.根据权利要求8所述的变电站远程温度图像监测的方法，其特征在于：所述a步骤中使用的全景监测红外热像仪的分辨率为640×480pixel；所述b步骤中使用的定点监测红外热像仪的分辨率为160×120pixel；所述c步骤中使用的移动监测红外热像仪的分辨率为320×240pixel。

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