CN102169017A - 一种变电站红外热成像在线监测系统 - Google Patents

一种变电站红外热成像在线监测系统 Download PDF

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一种变电站红外热成像在线监测系统，包括在线式红外热成像仪，还包括视屏监控处理模块、红外图像信息处理模块和系统管理维护模块，所述的视屏监控处理模块包括通信及控制子系统和红外成像及测温子系统，通信及控制子系统实施对现场在线式红外热成像仪、可见光CCD和云台伺服的控制，和数据链路的设置与控制，红外成像及测温子系统包括测温、记录、报警与短信平台系统，实现测温、报警及通过短信平台传递警报信息，所述的红外图像信息处理模块包括红外图像分析系统、故障辅助诊断系统、红外和可见光视频处理系统，所述的系统管理维护模块包括设备热故障典型红外图像库管理系统，管理查询、统计和报表系统和与现存业务系统接口系统。从而克服了便携式红外成像的不足，实行人工检测与系统检测相结合，做到对电力设备实时监测，确保监测范围或指定的目标设备红外热图像的监控、温度场的数据的采录、存储及分析，具有自动巡检、自动预警、准确化、高速化、远程监控的特点。

Description

一种变电站红外热成像在线监测系统
技术领域
本发明涉及一种变电站红外热成像在线监测系统。
背景技术
变电站向来是电业部门的骨干企业,负担着电网线路生产及建设,站内电气设备紧密,线路烦杂,节点、大型变压器更是数不胜数，是电力部门安全防范的要害部门。为保障变电站内部运行的安全，每年都耗费大量人力物力资金的投入。
电力系统有别于其它行业，维护不能随意中断生产，这就要在事故发生之前作好充分的预测——在事故发生前解决故障，重点是变电站设备的预防性的巡检工作。变电系统负担着电力变送工作，高电压大电流的线路长期工作，即使是优良的绝缘介质也会出现不可预期的问题而导致事故。绝大部分事故的原因就是绝缘老化、失效产生的，其外观表现为：在故障出现之前数小时都比正常工作时发热多许多。这种高压设备的热故障是引起大面积停电等事故的主要诱发因素。
目前，红外诊断技术在我国电力系统的设备诊断和其它行业的电气设备诊断中的应用以取得显著效果，大大减少了电力系统设备线路运行时的故障和人员在危险作业区作业的风险性，大大减少了人员检修的成本和劳力支持，提高了电力系统生产维护的效率。
由于红外技术在电力行业取得了突出的应用效果，各地电力用户纷纷采用。到处可见便携红外点温仪，便携式红外热成像仪等红外设备。采用上述设备进行设备接点过热检查存在主要缺点是：不能连续的存储和记录数据。数据不能实时的传输记忆和存储，由于其便携的特性，依靠电池的电力供应往往是限制测量时间。
对于日趋现代化、自动化的电力行业，实现少人或无人值守是未来的发展趋势，变电站热故障自动检测自动预警，才能最大程度的保障电力系统的安全运行，最大程度的保证人员的巡检效率。
发明内容
本发明其目的就在于提供一种变压器故障检测仪，该仪器具有自动巡检、自动预警、准确化、高速化、远程监控的特点。
实现上述目的而采用的技术方案，包括在线式红外热成像仪，还包括视屏监控处理模块、红外图像信息处理模块和系统管理维护模块，所述的视屏监控处理模块包括通信及控制子系统和红外成像及测温子系统，通信及控制子系统实施对现场在线式红外热成像仪、可见光CCD和云台伺服的控制，和数据链路的设置与控制，红外成像及测温子系统包括测温、记录、报警与短信平台系统，实现测温、报警及通过短信平台传递警报信息，所述的红外图像信息处理模块包括红外图像分析系统、故障辅助诊断系统、红外和可见光视频处理系统，所述的系统管理维护模块包括设备热故障典型红外图像库管理系统，管理查询、统计和报表系统和与现存业务系统接口系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明的优点在于利用红外热像仪对事先确定的诊断位置的红外图像采集和温度数据分析，能够实现自动巡检；存储所获红外图像采集，送入数据库并进行分析比较，确定设备的工作状态。如发现故障，发出声光报警或是发送短信告知工作人员，能够实现自动预警；整个过程具有准确化和高速化的优点，在无人值守条件下，还可以实现远程监控现场运行情况；系统具备定期报表，以及发现过热故障的应急报表功能；系统本身可持续运行，可维护，可与新技术结合进行更新，能够实现长期持续工作。
附图说明
下面结合图对本发明作进一步详述。
图1是系统模块结构图。
图2是系统整体网络结构框图。
图3是热像仪监测系统结构框图。
具体实施方式
包括在线式红外热成像仪，如图1所示，还包括视屏监控处理模块、红外图像信息处理模块和系统管理维护模块，所述的视屏监控处理模块包括通信及控制子系统和红外成像及测温子系统，通信及控制子系统实施对现场在线式红外热成像仪、可见光CCD和云台伺服的控制，和数据链路的设置与控制，红外成像及测温子系统包括测温、记录、报警与短信平台系统，实现测温、报警及通过短信平台传递警报信息，所述的红外图像信息处理模块包括红外图像分析系统、故障辅助诊断系统、红外和可见光视频处理系统，所述的系统管理维护模块包括设备热故障典型红外图像库管理系统，管理查询、统计和报表系统和与现存业务系统接口系统。
所述的在线式红外热成像仪包括2台在线式红外热成像仪组成点阵测温系统。
所述的在线式红外热成像仪的下方设有光端机，在控制终端设有光端机，所述的光端机之间经光缆连接。
本系统结构包含有：视屏监控处理模块，用以获取区域内所设目标的红外热图像，对目标进行全面地观测分析；红外图像信息处理模块，处理并分析所获红外图像，对高压设备的热故障进行预诊断，通过报警或发送手机短信提示引导操作人员对疑似故障进行精细拍摄和诊断；系统管理维护模块，包括综合信息查询、各类信息统计、业务报表生成以及报表数据库管理，实行人工检测与系统检测相结合，做到对电力设备实时监测，确保监测范围或指定的目标设备红外热图像的监控、温度场的数据的采录、存储及分析。
采用红外成像诊断技术，对设备表面辐射的红外光像进行非接触、远距离热成像检测，不受电场干扰。系统中采用2台在线式红外热成像仪组成点阵测温系统，对场地的高压电气设备进行全方位监控，系统中也可在红外热像仪上搭载可见光摄像头，以便获取可见光视频图像，对目标进行定位、放大全面地进行观测分析。在后台的红外分析处理程序，通过对实时红外热图像的分析判断的基础上对高压设备的热故障进行预诊断，通过报警或发送手机短信提示引导操作人员通过系统对疑似故障进行精细拍摄和诊断。并把设备的长期热图像保存到图像数据库中，为今后对设备性能的对比分析和故障排查留下历史数据。
利用设立在变电站内的在线式红外热成像仪，对区域内所有设备进行每天定时巡检，大大减少人力巡视，提高了生产效率和自动化程度。
利用现有诊断系统，对高压设备红外图像进行分析，诊断设备当前状态利用现有诊断系统，对高压设备红外图像进行分析，诊断设备当前状态。
可在数据库管理系统的支持下，分析故障设备的历史温升情况，并提供预警信息。
利用对云台的控制，实现对巡航过程中采集红外图像数目的确定，巡航间隔的设置，每个拍摄点机械角的设定（包括水平角和垂直角）以及热像仪焦距的设定。
在人工监控状态下，利用可控云台实现对整个视场范围的热故障的搜寻、设备的外观状态、工作状态、温度场分布情况监控。
具备自动生成定期报表，及过热故障的应急报表功能。
具有联网功能，MIS网上的用户根据各自的权限可调看图像及查询历史图像及温度曲线等数据。
该系统采用模块化集成的设计理念，采用B/S和C/S结合的体系结构、Oracle9i数据库、VS2005开发及单元测试工具。
变电站红外热成像在线监测系统采用2台在线式红外热成像仪组成点阵测温系统，对变电站的高压设备进行全方位监控，并在在线式红外热像仪上搭载可见光摄像头，以便获取可见光视频图像，对目标进行定位、放大全面地进行观测分析。同时在监控中心上设有一套红外图像分析与处理软件，自动或半自动的对获得的红外图像进行分析，查找设备故障及其隐患，并在网络上的查询终端可以实时调阅相关结果和状态，主控终端上还可以手工进行远程的温度测量和红外图像采集与控制。
该系统包含有：视屏监控处理模块，用以获取区域内所设目标的红外热图像，对目标进行全面地观测分析；红外图像信息处理模块，处理并分析所获红外图像，对高压设备的热故障进行预诊断，通过报警或发送手机短信提示引导操作人员对疑似故障进行精细拍摄和诊断；系统管理维护模块，包括综合信息查询、各类信息统计、业务报表生成以及报表数据库管理，实行人工检测与系统检测相结合，做到对电力设备实时监测，确保监测范围或指定的目标设备红外热图像的监控、温度场的数据的采录、存储及分析。
通过对实时红外热图像的分析判断的基础上对高压设备的热故障进行预诊断，通过报警或发送手机短信提示引导操作人员通过系统对疑似故障进行精细拍摄和诊断。并把设备的长期热图像保存到图像数据库中，为今后对设备性能的对比分析和故障排查留下历史数据。
利用设立在变电站内的在线式红外热成像仪，对区域内所有设备进行每天定时巡检，大大减少人力巡视，提高了生产效率和自动化程度。
利用现有诊断系统，对高压设备红外图像进行分析，诊断设备当前状态利用现有诊断系统，对高压设备红外图像进行分析，诊断设备当前状态。
可在数据库管理系统的支持下，分析故障设备的历史温升情况，并提供预警信息。
利用对云台的控制，实现对巡航过程中采集红外图像数目的确定，巡航间隔的设置，每个拍摄点机械角的设定（包括水平角和垂直角）以及热像仪焦距的设定。
在人工监控状态下，利用可控云台实现对整个视场范围的热故障的搜寻、设备的外观状态、工作状态、温度场分布情况监控。
具备自动生成定期报表（按预置行程），及过热故障的应急报表功能。
具有联网功能，MIS网上的用户根据各自的权限可调看图像及查询历史图像及温度曲线等数据。该系统具有自动巡检、自动预警、准确化、高速化、远程监控等优点。
本发明其技术问题所采用的技术方案：包括视屏监控处理模块、红外图像信息处理模块、系统管理维护模块三大模块。
下面分别介绍系统各模块及其功能。
1．视屏监控处理模块
视屏监控处理模块由通信及控制子系统和红外成像及测温子系统组成。
(1)通信及控制子系统
该主要完成对现场在线热像仪、可见光CCD和云台伺服的控制，和数据链路的设置与控制。包含a.系统初始化和参数调校；b.巡航点参数设置及巡航控制；c.测温与红外热像控制；d.通过网络对热像仪的远程控制。
a.系统初始化和参数调校
该部分主要实现系统基本信息的设置和设备的校订。系统基本信息有网络环境的搭建，设备网络地址的设置，以及一些初始条件的设定。设备的校订主要针对红外热像仪的基准设置和伺服的机械校订。
b.巡航点参数设置及巡航控制
针对每一个搭载红外热像仪的云台，设定红外热像仪在巡航过程中的每一个监测点，包括监测时间，监测位置的设定，以及水平旋转角度、垂直旋转角度的确定，红外热像仪的焦距的设定。
c.测温与红外热像控制
针对每一个设定的监测点，利用红外热像仪拍摄当前设备的红外图像，获取设备的当前温度。并实现对红外热像仪的调整，得到最佳的拍摄状态，对监控点进行拍摄。
d.通过网络对热像仪的远程控制
在系统的巡航状态和手动监控状态下，针对每一次巡航或是单个监测点的拍摄，控制热像仪的开启和关闭，并对每次的具体拍摄进行控制，例如焦距的校准。
(2)红外成像及测温子系统
该系统包括测温、记录、报警与短信平台系统，实现测温、报警及通过短信平台传递警报信息。包含a.自行设定分析和采集功能；b.实现多条件组合报警管理功能，并给出声、光报警信号；c.设定触发条件，自动/手动对红外图像进行拍摄和回播；d.建立短信平台，通过发短信来传递警报信息（此短信平台设定为白天发送短信）e.方便地检索、查找录像及报警记录。
a. 自行设定分析和采集功能
根据对云台和红外热像仪的初始设置，系统自动控制红外热像仪，对监测目标进行拍摄，采集红外图像，并根据用户设定的阈值，进行初步的诊断分析。
b.实现多条件组合报警管理功能，并给出声、光报警信号
根据对拍摄的红外图像的初步诊断，获取设备的当前状态，并对有潜在故障的情况，给出声信号或是光信号的报警。
c.设定触发条件，自动/手动对红外图像进行拍摄和回播
根据用户设定的初始信息，实现红外热像仪的自动巡航，对监测点进行自动拍摄；在手
动模式下，根据用户的当前设定，对监测点进行拍摄，获取当前设备的红外图像。
d.建立短信平台，通过发短信来传递警报信息
对初步诊断时发现故障的情况，系统可以通过短信平台，向相关操作人员发送报警信息。
该平台可以实现对接受信息人员的添加、删除、修改，并争取做到信息发送时间的智能化、人性化。
e.方便地检索、查找录像及报警记录。
在初步的诊断过程中，所有的监测信息，在需要做记录的内容，在数据库中都有相应的数据表进行管理，在用户需要的情况下，可以根据查询条件进行相关信息的查询。
2.红外图像信息处理模块
红外图像信息处理模块由红外图像分析系统、故障辅助诊断系统、红外和可见光视频处理系统组成。
（1）红外图像分析系统
该系统完成红外热图像的分析工作,包含a.全屏幕多点同时测温；b.可以自动全屏捕捉最高温与最低温；c.各类伪彩显示，并可将屏幕上任意温度区域以醒目颜色显示；d.可对图像上任一直线进行温度分析；e.可对图像上的相关区域进行温度分析，且区域可任意移动和改变大小，同时可有多个不同的区域进行分析；f.可对图像进行任意多边形设定分析；g.可对多个区域同时进行分析比较；h.可对图像内任意点、线的温度变化趋势进行记录分析；i.可对图像内任意区域内的温度变化趋势进行记录分析；j.可对分析结果以直方图形式显示；k.可自动计算被侧点与设置温度的温差；l. 用户可以自行设置多种伪彩模式，并可通过伪彩的设置来滤去背景，突出特定的高温目标物体；m. 用户可以设定辐射率、距离、环境温度、相对湿度等各项参数；n.红外监控头可以自动跟踪屏幕上最高/最低/或符合设定温度范围的多个目标点，并同时测量出上述目标点的温度值，当监测温度达到或超过设定值后，立即给出声光报警信号，或是通过短信平台，向有工作人员发送报警信息；o.可以根据需要自动/手动调节亮度和对比度。
该部分功能充分考虑用户的需求，从不同角度对电力设备的红外图像进行分析比对，力争最大限度的实现在线监测的智能化。
(2)故障辅助诊断系统
该系统完成基于在线热像仪拍摄的红外热像的自动识别和与辅助技术人员对故障的判断辅助诊断。a. 图像I/O及全幅温度转换；b.基于内容图像检索模块；c.辅助诊断模块；d.用户交互模块等主要模块。
为体现系统的模块化和系统的扩展性，本功能可以在在线监测系统的内部进行工作，实现带电设备红外图像的故障诊断，也可以和现有系统进行很好的结合在一起进行工作。本模块主要实现红外图像的故障诊断和与现有系统的接口功能。
a.图像I/O及全幅温度转换
该功能主要实现图像从热像仪到服务器的传输，以及图像从伪彩到原始温度的还原。为故障的判断提供原始温度信息。
b.基于内容图像检索模块
为提高诊断的准确性，该部分功能实现对数据库进行基于内容的图像检索，查询库存信息，为诊断提供辅助信息。
c.辅助诊断模块
按照电力行业的标准，以及现有的实际经验，对红外图像进行故障诊断。该部分功能充分考虑用户使用现有系统的习惯，原则上与现有系统诊断模式保持一致。
d.用户交互模块
主要实现用户对诊断过程的控制，以及对诊断结果的管理功能。其原则和辅助诊断模块的思路一致。
(3)红外和可见光视频处理系统
该系统完成系统搭载的红外热像视频和可见光视频的处理。a.红外和可见光视频的监控；b. 红外和可见光视频的硬盘录像和回放；c. 红外和可见光视频历史数据管理。
a.红外和可见光视频的监控
在手动模式下，用户可以设定红外镜头和可见光镜头，对当前监测点的设备进行实时跟踪，并给出用户需要的相关信息，例如红外图像中某一点的监测温度。
b.红外和可见光视频的硬盘录像和回放
针对红外图像和可见光视频，可以进行存储，在需要的情况下，可以根据查询条件，回放视频录像。
c.红外和可见光视频历史数据管理。
主要针对采集的图像和视频信息进行数据库的管理功能。
3.系统管理维护模块
系统管理维护模块由设备热故障典型红外图像库管理系统，管理查询、统计和报表系统和与现存业务系统接口系统组成。
（1）设备热故障典型红外图像库管理系统
该系统目标实现一个设计合理、信息完整的故障图像及相关信息的数据库；该数据库从数据类别上分主要包含图像和辅助信息两个方面。a.标准图像信息库管理：图像及其相应辅助信息添加、删除、修改和查询；b.典型故障图像信息库管理：图像及其相应辅助信息添加、删除、修改和查询；c.日常采集图像及信息数据库管理：图像及其相应辅助信息删除、修改和查询。
（2）管理查询、统计和报表系统
该系统实现各类信息和数据的查询和统计，并实现相关业务报表。a.综合信息查询；b.各类信息统计；c.业务报表生成；d.报表数据库管理。
a.综合信息查询
针对查询条件的选择，实现对各类信息的综合查询，以便工作人员分析比较。
b.各类信息统计
按照实际的需求，对获取的信息进行分类存储，以便工作人员进行相应的查询。
c.业务报表生成
根据实际的需求，对需要生成报表的信息，生成报表，例如设备红外图像的诊断结果。
d.报表数据库管理
对不同类型的报表进行分类管理，并实现对报表的查询、删除等功能。
（3）与现存业务系统接口系统
该系统根据用户需要实现解决变电站高压设备红外热像在线监测系统与现有的业务系统的接口。该部分功能可以实现本系统与现有系统的很好结合，统一成一个整体进行工作，也可以与省红外平台实现结合，很好的实现了系统的可扩充性。
本发明采用红外摄像仪强大的图像处理功能，全天时全天候在线红外成像和测温，并使用先进的故障诊断算法对变压器的热故障进行检测，实现了自动巡检和自动检测的目标。
参见图1，本系统包括视屏监控处理模块、红外图像信息处理模块、系统管理维护模块三大模块。
视屏监控处理模块是保障本系统安稳有效运行的前提，通过本系统获得的实时准确数据，送入红外图像信息处理模块进行分析处理，得到检测结果。
红外图像信息处理模块是整个系统的核心部分，对视频监控处理获得的红外图像和测温数据进行分析，将红外图像和可见光图像结合，实现在线热像仪拍摄的红外热像的自动识别和辅助技术人员对故障的判断辅助诊断。
系统管理维护模块是本系统的后台，建立一个设计合理、信息完整的故障图像及相关信息的数据库，可以实现各类信息和数据的查询和统计，并实现相关业务报表，还可以解决变电站高压设备红外热像在线监测系统与现有的业务系统的接口。
从功能模块来看，各个子系统既可以单独工作，又能够密切配合，无缝链接成一个完整的变电站红外成像在线监测系统。
参见图2，从结构划分上来看包括监测前端、主控中心和查询终端组成。监测前端位于变电站，使整个系统的第一级信息汇聚点和处理分支，主控中心设在局办公大楼，由数据服务器、应用服务器、视频库服务器和主控终端组成。查询终端包括基于B/S构架的数据查询和报表查询终端，也包括基于C/S构架的涵盖查询、控制和分析功能的终端。
参见图3，考虑到变电站现场电磁环境复杂，为了降低干扰，提高系统稳定性，在变电站现场，每个红外热像仪的下方，均加载一个光端机，让视频信号和数字信号都通过光缆进行传输，在控制终端也加载一个光端机，对信号进行还原。

Claims (3)

1. 一种变电站红外热成像在线监测系统，包括在线式红外热成像仪，其特征在于，还包括视屏监控处理模块、红外图像信息处理模块和系统管理维护模块，所述的视屏监控处理模块包括通信及控制子系统和红外成像及测温子系统，通信及控制子系统实施对现场在线式红外热成像仪、可见光CCD和云台伺服的控制，和数据链路的设置与控制，红外成像及测温子系统包括测温、记录、报警与短信平台系统，实现测温、报警及通过短信平台传递警报信息，所述的红外图像信息处理模块包括红外图像分析系统、故障辅助诊断系统、红外和可见光视频处理系统，所述的系统管理维护模块包括设备热故障典型红外图像库管理系统，管理查询、统计和报表系统和与现存业务系统接口系统。
2.根据权利要求1所述的一种变电站红外热成像在线监测系统，其特征在于，所述的在线式红外热成像仪包括2台在线式红外热成像仪组成点阵测温系统。
3.根据权利要求1所述的一种变电站红外热成像在线监测系统，其特征在于，所述的在线式红外热成像仪的下方设有光端机，在控制终端设有光端机，所述的光端机之间经光缆连接。
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