CN113758578A - 智能化热像仪温度监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了智能化热像仪温度监测系统，具体涉及温度监测技术领域，包括监测模块、数据传输模块和软件处理模块，所述监测模块输出端与数据传输模块输入端相连接，所述数据传输模块输出端与软件处理模块输入端相连接；所述监测模块包括嵌入式热成像设备，所述嵌入式热成像设备用于采集监测部位的红外温度图像以及可见光视频图形，处理和判断图像各部位的温度。本发明通过在发电机机罩内部使用红外成像仪实现非接触式采集碳刷温度红外图像信息和碳刷运行图像信息，并同时使用温度传感器和湿度传感器采集机罩内部环境温湿度，从而能够对发电机内部的温度和湿度进行连续的自动监测，而且能够避免产生人为误差。
Description
技术领域
本发明涉及温度监测技术领域，具体涉及智能化热像仪温度监测系统。
背景技术
水电站发电机系统中的励磁的碳刷数量多，且处于持续磨损和高温工作环境中。长时间使用的碳刷的电气参数会发生较大的变化，进而导致碳刷与滑环接触面产生较大温升，而且同一发电机的每个碳刷参数变化不一致，将会导致负载电流失衡引起滑环发热甚至起火，意外停机造成重大损失。碳刷的磨损度也跟各自的参数有一定关系，对需要更换的碳刷无法及时获得更换信息。碳刷磨损严重没有及时更换会导致磁力不平衡，进而可能引发更严重后果；更换过早导致碳刷利用不完全，造成资源的浪费，不符合成本经济的原则。
目前运行部门通过人工巡检的方式了解碳刷的电气和温度参数信息，取出碳刷估算碳刷磨损程度。由于人工检测的操作耗时较长且有一定的风险性，每个班组只检测一次，而运行中的碳刷负载电流变化很大很快，每天几次的检测数据随机性过大，且采样时间不一致，造成测量参数无参考意义，所以也没有判断价值，碳刷的个体差异导致整体磨损程度差距很大，故而人工巡检的方法无效果。另外，很薄的转子线圈匝间的绝缘层，由于层间绝缘老化，在转子旋转离心力的作用下匝间极易容易发生短路；而且，当发电机转子绕组发生初期放电时，值班人员无法获取这些信息；随着匝间绝缘的恶化，会发生短路，使得转子电流迅速增大，造成绕组温度升高，严重时会损坏转子线圈及铁芯，引发事故；转子线圈绕组短路之后，由于磁力不平衡，加剧发电机组振动，电厂的安全运行受到极大的威胁。发电机励磁碳刷在线监测系统可以针对碳刷在运行中的特点，以7*24小时不间断的高速率同步采样数据为基础，采用现代数字信号处理方法，对其励磁电流和温度等进行相关计算、分析，将其描述为某种预设的数学模型，并统计出每个碳刷之间的电气参数差异，再根据噪声估计参数及温湿度测量数据，为运行部门提供了实时、直接的判断依据，解决了碳刷局部过热、放电及短路等的提前预警问题。
现有技术存在以下不足：目前，利用手持红外成像仪测量发电机碳刷、滑环的温度已成为大型电厂较为实用和常用的测温方法，但每次人工测量由于测量距离、测量角度等不同均会造成测温结果的误差。而且人工测量均为定时巡检，巡检时间间隔较长，当碳刷温度过高，不能做到及时测量与告警。同时人工测量的数据不连续，不利于对碳刷温度变化趋势的进行分析。
发明内容
为此，本发明提供智能化热像仪温度监测系统，通过在发电机机罩内部使用红外成像仪实现非接触式采集碳刷温度红外图像信息和碳刷运行图像信息，并同时使用温度传感器和湿度传感器采集机罩内部环境温湿度，从而能够对发电机内部的温度和湿度进行连续的自动监测，而且能够避免产生人为误差，以解决现有技术中由于人工监测不及时导致的存在人工误差以及测量数据不连续的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：智能化热像仪温度监测系统，包括监测模块、数据传输模块和软件处理模块，所述监测模块输出端与数据传输模块输入端相连接，所述数据传输模块输出端与软件处理模块输入端相连接；
所述监测模块包括嵌入式热成像设备，所述嵌入式热成像设备用于采集监测部位的红外温度图像以及可见光视频图形，处理和判断图像各部位的温度；
所述数据传输模块包括数据传输系统，所述数据传输系统用于将数据上传至软件处理模块；
所述软件处理模块包括监控软件系统，所述监控软件系统用于对数据进行集中处理，提供红外热像图形和可见光视频显示、温度预警、报警。
进一步地，所述嵌入式热成像设备包括红外热像仪、温度传感器和湿度传感器，所述红外热像仪上安装有热成像镜头，该热成像镜头用于采集红外光谱，成像于红外热像仪；热成像镜头根据镜片波长规格，阻挡过滤可见光通过的同时允许红外线通过，可以在可见光\红外线混合的光线环境中将红外效果分离出来，然后在CCD上成像；所述红外热像仪安装在机罩的内部，机罩用于保护红外热像仪。
进一步地，所述温度传感器和湿度传感器用于监测机罩内部的温度和湿度。
进一步地，所述红外热像仪的数量设置为4-6个，所述红外热像仪的规格为5×4×3CM。
进一步地，所述数据传输系统包括数据发射器、数据中继器、数据接收器，所述数据发射器集成在红外热像仪内部，数据发射器负责将红外热像仪的图像和温度数据传输发送出去，数据中继器是将数据发射器传输发送出的数据接收到后，再次远传的设备；数据接收器是接收数据中继器的数据，并将数据上传监控软件系统。
进一步地，所述监控软件系统包括监控电脑端，该监控电脑端上安装有监控软件，所述监控电脑端用于接收数据接收器所上传的数据。
进一步地，所述数据发射器上数据的传递采用低频率的无线电路，所述数据中继器和数据接收器在传递数据时采用大功率无线电路，该无线电路具有高接收灵敏度和信号的超前纠错能力。
进一步地，所述监控软件包括监控中心、报警管理、设备管理、用户管理、日志管理单元，用于对不同种类的监测数据以多维度、多展示形式的方法对多种类型信息进行综合展现，使用户可以查看到更加详细或更加精准时间范围的统计信息。
本发明实施例具有如下优点：
1、本发明通过在发电机机罩内部使用红外成像仪实现非接触式采集碳刷温度红外图像信息和碳刷运行图像信息，并同时使用温度传感器和湿度传感器采集机罩内部环境温湿度，从而能够对发电机内部的温度和湿度进行自动监测，而且监测的结果能够连续发送给监控电脑端，以便于对碳刷温度变化趋势的进行分析；
2、本发明通过光纤数据传输系统将碳刷的红外图像和机罩环境温湿度送至监控软件，在监控软件中，识别每一个碳刷温度的分布情况，实现碳刷温度的远程实时监测，生成碳刷温度巡检报；
3、本发明利用监控软件系统对识别到的碳刷温度分布情况，并结合环境温湿度等进行智能分析，及时发现发电机碳刷滑环系统缺陷，在故障扩大前，监控软件系统将自动告警并生成发电机电刷滑环系统故障诊断报告；
4、本发明通过提供碳刷温度在线监测数据统计分析功能，本发明实现对每个碳刷温度监测数据、机罩环境温湿度监测数据的查询，统计功能，通过选择机罩、碳刷以及时间范围来查询碳刷温度、机罩环境温湿度的历史数据，并能以曲线方式更直观的显示数据的走向与分布情况。并且能够通过分析这些基础监测数据，为发电机电刷滑环系统的运行维护等工作提供重要依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明提供的模块图；
图2为本发明提供的单元图；
图3为本发明提供的系统结构示意图；
图4为本发明提供的红外热像仪的安装示意图一；
图5为本发明提供的红外热像仪的安装示意图二；
图6为本发明提供的红外热成像效果示意图一；
图7为本发明提供的红外热成像效果示意图二；
图8为本发明提供的红外热成像效果示意图三；
图9为本发明提供的碳刷温度监测效果图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照说明书附图1-9，该实施例的智能化热像仪温度监测系统，包括监测模块、数据传输模块和软件处理模块，所述监测模块输出端与数据传输模块输入端相连接，所述数据传输模块输出端与软件处理模块输入端相连接；
所述监测模块包括嵌入式热成像设备，所述嵌入式热成像设备用于采集监测部位的红外温度图像以及可见光视频图形，处理和判断图像各部位的温度；
所述数据传输模块包括数据传输系统，所述数据传输系统用于将数据上传至软件处理模块；
所述软件处理模块包括监控软件系统，所述监控软件系统用于对数据进行集中处理，提供红外热像图形和可见光视频显示、温度预警、报警。
所述嵌入式热成像设备包括红外热像仪、温度传感器和湿度传感器，所述红外热像仪上安装有热成像镜头，该热成像镜头用于采集红外光谱，成像于红外热像仪；热成像镜头根据镜片波长规格，阻挡过滤可见光通过的同时允许红外线通过，可以在可见光\红外线混合的光线环境中将红外效果分离出来，然后在CCD上成像；所述红外热像仪安装在机罩的内部，机罩用于保护红外热像仪。同一个设备，既可以拍摄红外温度图形，又可以拍摄可见光视频图形。所述温度传感器和湿度传感器用于监测机罩内部的温度和湿度。
其中，热成像镜头类型：4mmF1.2；聚焦类型：无热化；视场角(水平×垂直)：90.3°×60.7°。
红外热像仪采用以低功耗高性能主控架构，主控对红外热成像的数据采集、数据分析和数据通信等功能进行控制和处理，对红外图像和温、湿度传感器的信号进行采样存储和实时数据分析，把数据分析结果通过以太网上传至监控后台，相关用户在中控室的汇控屏上进行远程监测，及时掌握设备状态和预警信息。
所述红外热像仪的数量设置为4-6个，所述红外热像仪的规格为5×4×3CM，微型的红外热像仪可安装于狭小设备空间，非常适合设备内部部件的温度检测。
所述数据传输系统包括数据发射器、数据中继器、数据接收器，所述数据发射器集成在红外热像仪内部，数据发射器负责将红外热像仪的图像和温度数据传输发送出去，数据中继器是将数据发射器传输发送出的数据接收到后，再次远传的设备；数据接收器是接收数据中继器的数据，并将数据上传监控软件系统。
所述监控软件系统包括监控电脑端，该监控电脑端上安装有监控软件，所述监控电脑端用于接收数据接收器所上传的数据。
所述监控软件包括监控中心、报警管理、设备管理、用户管理、日志管理单元，用于对不同种类的监测数据以多维度、多展示形式的方法对多种类型信息进行综合展现，使用户可以查看到更加详细或更加精准时间范围的统计信息。
该监控软件基本功能包括：
(1)图像显示功能：多相机图像显示；动静态画面拍摄，热像视频监控；温度图像的记录与回放；以硬盘存储的方式储存任意时刻或时段的温度图像，保证历史资料的完整性和可追溯性，历史视频数据存储30天，历史温度数据存储1年。
(2)图像测温功能：多区域并行测温，实时显示各区域最高、最低和平均温度；能够提供测温区域直线上的最高温度、最低温度及平均温度分析；能够提供测温区域矩形、多边形、(椭)圆形、最高温度、最低温度及平均温度分析；任意点选温度测量，可跟随鼠标位置显示温度；自动显示温度图像最高、最低和平均温度；发射率设置功能。
(3)趋势分析功能：能够在线监测各个区域的温度均差；能够实时显示并存储多区域或多点温度曲线；实时显示并存储整体最高温、最低温和平均温度曲线；可设定温差与温度阈值报警。
所述数据发射器上数据的传递采用低频率的无线电路，所述数据中继器和数据接收器在传递数据时采用大功率无线电路，该无线电路具有高接收灵敏度和信号的超前纠错能力。
本发明还包括智能化热像仪温度监测系统的应用。
所述红外热像仪的安装数量为6组，所述红外热像仪的安装方式有两种，第一种：监测上排电刷的嵌入式热成像设备通过焊接或打孔固定在空间的顶部，监测下排电刷的红外热像仪安装在侧面，通过的打孔螺栓固紧；第二种：监测上排电刷的嵌入式热成像设备通过打孔固定在空间竖直与顶部交接的金属壳体上，监测下排电刷的红外热像仪安装在侧面，通过的打孔螺栓固紧。以适用于发电机组的碳刷数量较多的情况，而且能够避免每个红外热成像仪的视场角限制，从而能够实现全景碳刷温度监测。
考虑到温度传感器和湿度传感器布置后不影响运行中的碳刷维护，结合水电站刷握结构特点，红外热像仪通过专门设计的支架固定于机罩内壁上方，热成像镜头需要对准碳刷，并需要将每个红外热像仪的电缆接入到位于机罩内壁的汇聚盒中。
已知发电机励磁碳刷温度通过红外热像仪采集发电机励磁每个碳刷温度及电流，但发电机机罩内空间较小，励磁碳刷数量多(30个)，且分布为2层圆形布置，因此需要6个红外热像仪才能实现全部碳刷温度的完整采集。同时，为避免发电厂强磁场环境中对红外图像信息传输的影响，以及实现红外视频高速传输，整个光纤数据传输系统采用光纤通信，将采集到的碳刷数据信息以光纤通道传输至监控电脑端，实现可靠的远程在线监测，并在监控软件对采集到的碳刷红外图像进行识别和处理分析，并实现温度报警出口决策。
智能化热像仪温度检测系统后台与嵌入式的红外热像仪采用光纤网络通信，监控软件主要包括监控中心、报警管理、设备管理、用户管理、日志管理等单元，对不同种类的监测数据以多维度、多展示形式的方法对多种类型信息进行综合展现，用户可以查看到更加详细或更加精准时间范围的统计信息。
通过本发明所提供的智能化热像仪温度检测系统能够满足以下效果：
1)在发电机机罩内部使用红外成像仪器实现非接触式采集碳刷温度红外图像信息和碳刷运行图像信息，并同时使用温湿度传感器采集机罩内部环境温湿度。
2)通过光纤数据传输系统将碳刷的红外图像和机罩环境温湿度送至监控软件，在监控软件中，识别每一个碳刷温度的分布情况，实现碳刷温度的远程实时监测，生成碳刷温度巡检报告。
3)对识别到的碳刷温度分布情况，并结合环境温湿度等进行智能分析，及时发现发电机碳刷滑环系统缺陷，在故障扩大前，智能化热像仪温度检测系统将自动告警并生成发电机电刷滑环系统故障诊断报告。
4)提供碳刷温度在线监测数据统计分析功能，智能化热像仪温度检测系统实现对每个碳刷温度监测数据、机罩环境温湿度监测数据的查询，统计功能，通过选择机罩、碳刷以及时间范围来查询碳刷温度、机罩环境温湿度的历史数据，并能以曲线方式更直观的显示数据的走向与分布情况。统计内容包括：
①碳刷温度与机罩环境温湿度的日平均值、最大值、最小值，曲线及图表；
②碳刷温度与机罩环境温湿度的月平均值、最大值、最小值，曲线及图表；
③碳刷温度与机罩环境温湿度的季平均值、最大值、最小值，曲线及图表；
④任意时间段内碳刷温度与机罩环境温湿度平均值、最大值、最小值，曲线及图表；
通过分析这些基础监测数据，为发电机电刷滑环系统的运行维护等工作提供重要依据。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.智能化热像仪温度监测系统，其特征在于：包括监测模块、数据传输模块和软件处理模块，所述监测模块输出端与数据传输模块输入端相连接，所述数据传输模块输出端与软件处理模块输入端相连接；
所述监测模块包括嵌入式热成像设备，所述嵌入式热成像设备用于采集监测部位的红外温度图像以及可见光视频图形，处理和判断图像各部位的温度；
所述数据传输模块包括光纤数据传输系统，所述光纤数据传输系统用于将数据上传至软件处理模块；
所述软件处理模块包括监控软件系统，所述监控软件系统用于对数据进行集中处理，提供红外热像图形和可见光视频显示、温度预警、报警。
2.根据权利要求1所述的智能化热像仪温度监测系统，其特征在于：所述嵌入式热成像设备包括红外热像仪、温度传感器和湿度传感器，所述红外热像仪上安装有热成像镜头，该热成像镜头用于采集红外光谱，成像于红外热像仪；热成像镜头根据镜片波长规格，阻挡过滤可见光通过的同时允许红外线通过，可以在可见光\红外线混合的光线环境中将红外效果分离出来，然后在CCD上成像；所述红外热像仪安装在机罩的内部，机罩用于保护红外热像仪。
3.根据权利要求2所述的智能化热像仪温度监测系统，其特征在于：所述温度传感器和湿度传感器用于监测机罩内部的温度和湿度。
4.根据权利要求2所述的智能化热像仪温度监测系统，其特征在于：所述红外热像仪的数量设置为4-6个，所述红外热像仪的规格为5×4×3CM。
5.根据权利要求2所述的智能化热像仪温度监测系统，其特征在于：所述光纤数据传输系统包括数据发射器、数据中继器、数据接收器，所述数据发射器集成在红外热像仪内部，数据发射器负责将红外热像仪的图像和温度数据传输发送出去，数据中继器是将数据发射器传输发送出的数据接收到后，再次远传的设备；数据接收器是接收数据中继器的数据，并将数据上传监控软件系统。
6.根据权利要求5所述的智能化热像仪温度监测系统，其特征在于：所述监控软件系统包括监控电脑端，该监控电脑端上安装有监控软件，所述监控电脑端用于接收数据接收器所上传的数据。
7.根据权利要求5所述的智能化热像仪温度监测系统，其特征在于：所述数据发射器上数据的传递采用低频率的无线电路，所述数据中继器和数据接收器在传递数据时采用大功率无线电路，该无线电路具有高接收灵敏度和信号的超前纠错能力。
8.根据权利要求6所述的智能化热像仪温度监测系统，其特征在于：所述监控软件包括监控中心、报警管理、设备管理、用户管理、日志管理单元，用于对不同种类的监测数据以多维度、多展示形式的方法对多种类型信息进行综合展现，使用户可以查看到更加详细或更加精准时间范围的统计信息。
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