CN104793072A - 基于热图谱分析法的电气设备故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热图谱分析法的电气设备故障诊断系统，包括红外镜头，红外镜头对准被测电气设备，红外镜头的输出端与一个非制冷红外焦平面阵列探测器的信号输入端连接，非制冷红外焦平面阵列探测器的输出端与一个采集卡的输入端连接，采集卡输出与上位机连接。本发明能及时了解电力设备现状，有效查找故障原因，并能预测设备未来状态。

Description

基于热图谱分析法的电气设备故障诊断系统

技术领域

本发明涉及电气设备故障诊断系统领域，具体是一种基于热图谱分析法的电气设备故障诊断系统。

背景技术

电力设备能否正常工作直接关系到电力系统的安全运行。随着超高压、大机组、大电网的出现，对电力设备的可靠性要求越来越高。目前，大部分电力用户使用的都是低压大电流的电气设备，一旦电气设备出现故障就容易引起高温。同时，电气设备的接触不良会引起高温、打火、电弧，容易成为火灾的引火源，类似这种危险温度和隐患通常是不易被发现的。

传统的温度监测技术受到很多因素的影响，特别是对于电气设备的内部故障而言，要想直接进行检测判断是比较困难的，而且还会引起误判。而红外检测技术通过其独特的检测手段──非接触式的在线红外检测及热成像技术可以监测设备的运行状态。可见，开发研制一种基于热图谱分析法的电气设备故障诊断系统已经成为电力系统所急需解决的实际问题，也是提高电气设备可靠性的迫切需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于热图谱分析法的电气设备故障诊断系统，以解决现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

基于热图谱分析法的电气设备故障诊断系统，其特征在于：包括红外镜头，红外镜头对准被测电气设备，红外镜头的输出端与一个非制冷红外焦平面阵列探测器的信号输入端连接，非制冷红外焦平面阵列探测器的输出端与一个采集卡的输入端连接，采集卡输出与上位机连接；红外镜头捕捉电气设备辐射出的红外射线，非制冷红外焦平面阵列探测器获取红外镜头采集的红外辐射信息，利用光电信息转换实现对目标成像，采集卡将非制冷红外焦平面阵列探测器输出的模拟视频信号转化为数字信号后传送至上位机，上位机对被测电气设备的热像图进行功率修正、距离修正，并基于热像特征对被测电气设备进行故障诊断判定。

所述的基于热图谱分析法的电气设备故障诊断系统，其特征在于：红外镜头上加装光栅，以减少太阳辐射及周围高温背景的辐射影响，滤除太阳及其他背景辐射。

所述的基于热图谱分析法的电气设备故障诊断系统，其特征在于：所述上位机还连接有键盘显示人机接口单元、报警模块。

本发明提供了一种基于热图谱分析法的电气设备故障诊断系统，能及时了解电力设备现状，有效查找故障原因，并能预测设备未来状态。

附图说明

图1为本发明系统结构框图。

具体实施方式

参见图1所示，基于热图谱分析法的电气设备故障诊断系统，包括红外镜头，红外镜头对准被测电气设备，红外镜头的输出端与一个非制冷红外焦平面阵列探测器的信号输入端连接，非制冷红外焦平面阵列探测器的输出端与一个采集卡的输入端连接，采集卡输出与上位机连接；红外镜头捕捉电气设备辐射出的红外射线，非制冷红外焦平面阵列探测器获取红外镜头采集的红外辐射信息，利用光电信息转换实现对目标成像，采集卡将非制冷红外焦平面阵列探测器输出的模拟视频信号转化为数字信号后传送至上位机，上位机对被测电气设备的热像图进行功率修正、距离修正，并基于热像特征对被测电气设备进行故障诊断判定。

红外镜头上加装光栅，以减少太阳辐射及周围高温背景的辐射影响，滤除太阳及其他背景辐射。

上位机还连接有键盘显示人机接口单元、报警模块。

热图谱分析法的原理是基于自然界中一切温度高于绝对零度的物体，每时每刻都辐射出红外线，同时这种红外线辐射都载有物体的特征信息，这就为利用红外技术判别各种被测目标的温度高低和热分布场提供了客观基础。物体产生的热量在发出红外辐射的同时，还在物体周围形成一定的表面温度分布场。这种温度分布场取决于物理材料的热物理性，也就是物体内部的热扩散和物体表面温度与外界温度的热交换。利用这一特性通过红外探测器将物体电气发热部位辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置就可以一一对应地模拟出物体表面温度的空间分布，经滤波电路处理，就可得到与物体表面热分布相对应的热像图。

所有电气设备，在无任何内外部故障情况下，即可得到正常运行状态下的表面热分布或红外热像特征图。一旦电气设备出现内部或外部故障，则故障经内部构件和介质进行热传递或其他形式的热交换，改变设备表面故障部位的稳定温升和温度分布。通过辨认现场摄制的设备红外热像图，只要发现热像特征存在异常变化，均可判定设备内部已出现故障，并根据热场分布变化的特点及温升值的大小，还可以对内部故障的属性、故障位置、严重程度做出准确的诊断，同时还能根据严重程度预测设备未来状态。

本发明由红外成像装置、上位机图像分析并结合外围电路来实现系统的运行。

1、红外镜头：扑捉电气设备辐射出的红外射线。

2、光栅：为减少太阳辐射及周围高温背景的辐射影响，在红外热像装置上加装适当的光删，以便滤除太阳及其他背景辐射。

3、非制冷红外焦平面阵列探测器：红外焦平面阵列用来获取目标的红外辐射信息，利用光电信息转换实现对目标成像。传统制冷型红外探测系统需要较低温度的工作环境，然而由于制冷设备复杂，携带不便且价格昂贵，难以实现大范围推广。非制冷红外焦平面阵列能够在室温条件下工作，降低了对工作环境的要求。

4、采集卡：将模拟视频信号转化为数字信号。

5、上位机图像分析：

(1)热像图的功率修正：

电气设备故障中，电流效应引起的发热故障(导电回路故障)，发热功率与负荷电流值的平方成正比。电压效应引起的发热故障(绝缘介质故障)，发热功率与运行电压的平方成正比。因此，设备的工作电压和负荷电流的大小，将直接影响到红外检测与故障诊断的效果。

由于电气设备故障红外诊断时，故障判断标准往往是以设备在额定电流时的温升为依据，因此当检测时实际运行电流小于额定电流时，应该是现场实际测量的设备故障点温升换算为额定电流的温升，即要对热像图进行功率修正。其计算公式如下：δθ＝(in/il)k·δθl

式中in—设备额定电流；il—设备实际运行电流；δθ—额定电流in时设备内载流导体故障点温升，℃；δθl—在实际运行电流i1时设备内部载流导体故障点温升，℃；k—设备内部导电回路温升常数。

(2)热像图的距离修正：

由于受检电气设备表面红外辐射能量，是经大气传输到红外检测仪器里的，这就会受到大气组合中的水蒸汽、二氧化碳、一氧化碳等气体分子的吸收衰减和空气中悬浮微粒的散射而衰减，其衰减随检测仪器到被测设备之间距离的增大而增加，使得仪器显示出来的温度低于被测故障点的实际温度值，从而造成漏检或误诊断。因此，在不影响安全的条件下尽可能缩短检测距离，还要对温度测量结果进行合理的距离修正，以便测得实际温度值，具体的修正系数根据现场情况及经验确定。

(3)基于热像特征的故障诊断判定：

通过辨认现场摄制的设备红外热像图，只要发现热像特征存在异常变化，均可判定设备内部已出现故障，并根据热场分布变化的特点及温升值的大小，还可以对内部故障的属性、故障位置、严重程度做出准确的诊断，同时还能根据严重程度预测设备未来状态。主要电气设备的热像特征如表1所示：

表1电气设备热像特征表

Claims (3)

1.基于热图谱分析法的电气设备故障诊断系统，其特征在于：包括红外镜头，红外镜头对准被测电气设备，红外镜头的输出端与一个非制冷红外焦平面阵列探测器的信号输入端连接，非制冷红外焦平面阵列探测器的输出端与一个采集卡的输入端连接，采集卡输出与上位机连接；红外镜头捕捉电气设备辐射出的红外射线，非制冷红外焦平面阵列探测器获取红外镜头采集的红外辐射信息，利用光电信息转换实现对目标成像，采集卡将非制冷红外焦平面阵列探测器输出的模拟视频信号转化为数字信号后传送至上位机，上位机对被测电气设备的热像图进行功率修正、距离修正，并基于热像特征对被测电气设备进行故障诊断判定。

2.根据权利要求1所述的基于热图谱分析法的电气设备故障诊断系统，其特征在于：红外镜头上加装光栅，以减少太阳辐射及周围高温背景的辐射影响，滤除太阳及其他背景辐射。

3.根据权利要求1所述的基于热图谱分析法的电气设备故障诊断系统，其特征在于：所述上位机还连接有键盘显示人机接口单元、报警模块。