封閉式屏柜紅外在線監(jiān)測及預(yù)警

高標(biāo)　洪丁丁

摘? 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛，變電站運(yùn)維模式開始向智能化運(yùn)維和無人值守轉(zhuǎn)變。文章以封閉式變電二次屏柜為目標(biāo)載體，公布了一種封閉式屏柜紅外在線監(jiān)測及預(yù)警裝置，可作為變電站智能化運(yùn)維模式前期探索研究。

關(guān)鍵詞：封閉式屏柜;紅外;在線監(jiān)測

中圖分類號：TM591? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）07-0057-02

Abstract： As the Internet of things technology is more and more widely used in the power industry， the substation operation and maintenance mode begins to become intelligent in operation and maintenance and unattended. Taking the closed secondary screen cabinet of substation as the target carrier， this paper publishes a kind of infrared on-line monitoring and early warning device of closed screen cabinet， which can be used as the preliminary exploration and research of intelligent operation and maintenance mode of substation.

Keywords： enclosed screen cabinet; infrared; on-line monitoring

目前，電力一次設(shè)備紅外監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用已較為成熟廣泛，但對于動力電源箱、控制箱、控保屏柜等封閉式變電屏柜中的開關(guān)、端子、裝置元件等部件，仍然需要通過運(yùn)維人員手持紅外測溫的方式進(jìn)行溫度測量，需要投入較大的人力成本。當(dāng)屏柜內(nèi)的部件發(fā)生發(fā)熱缺陷時(shí)，運(yùn)維人員既不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，又不能開展實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測和預(yù)警，可能導(dǎo)致屏柜內(nèi)發(fā)熱點(diǎn)惡化，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備跳閘、屏柜起火等嚴(yán)重事故，存在較大的安全隱患。

1 封閉式變電屏柜常見問題及運(yùn)維需求情況

1.1 設(shè)備運(yùn)行情況與問題分析

封閉式變電二次屏柜主要指帶有常閉柜門的動力電源柜、配電屏柜、控保屏柜等，由于屏柜內(nèi)部的電源回路電流較大，當(dāng)出現(xiàn)空氣開關(guān)缺陷、接線端子松動等情況時(shí)，由于接觸電阻增大，將導(dǎo)致開關(guān)、端子異常發(fā)熱，或故障的元器件溫度異常升高。

目前，封閉式屏柜需要人工開展紅外巡視工作，方能發(fā)現(xiàn)屏柜內(nèi)元器件、端子發(fā)熱情況，“人巡”模式效率較低，且由于二次屏柜紅外巡視周期較長，常見為每月一次，運(yùn)維人員對于元器件或端子發(fā)熱情況不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，也無法通過溫度數(shù)據(jù)分析預(yù)判設(shè)備異常發(fā)熱缺陷，一旦發(fā)生快速惡化的發(fā)熱缺陷，可能導(dǎo)致電源回路開路甚至屏柜起火等故障。

1.2 技術(shù)難點(diǎn)分析

目前，基于紅外成像技術(shù)的變電二次屏柜溫度自動檢測裝置相對稀缺，究其原因，主要有以下三個(gè)方面：

（1）封閉式屏柜的柜門處于常閉狀態(tài)，由于柜門遮擋，無法使用常規(guī)的自動化紅外巡視裝置進(jìn)行紅外巡視與發(fā)熱點(diǎn)實(shí)施監(jiān)控。

（2）紅外鏡頭處于屏柜內(nèi)部時(shí)，與被測元件之間距離較短，紅外鏡頭視角小，覆蓋面有限。

（3）單個(gè)鏡頭無法多角度覆蓋監(jiān)測，監(jiān)測點(diǎn)存在測溫盲點(diǎn);目前市場上尚無針對變電二次屏柜的多鏡頭組合式測溫裝置。

2 封閉式屏柜紅外在線監(jiān)測及預(yù)警裝置

封閉式屏柜紅外線在線監(jiān)測及預(yù)警裝置，是一種基于微型紅外傳感器技術(shù)，并配套數(shù)據(jù)整合、傳輸、分析技術(shù)的新型裝置，該裝置能夠方便快捷采集屏柜內(nèi)部元器件、端子的溫度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至后臺軟件系統(tǒng)，當(dāng)屏柜內(nèi)元器件溫度出現(xiàn)異常后，后臺分析軟件可及時(shí)觸發(fā)報(bào)警信號，提示運(yùn)維人員開展進(jìn)一步檢查。裝置結(jié)構(gòu)示意如下圖2。

2.1 分布式紅外數(shù)據(jù)采集模塊

該模塊由可拔插數(shù)據(jù)線連接的多個(gè)角度可調(diào)節(jié)的微型熱像儀，組成圖像監(jiān)測鏡頭組件，實(shí)現(xiàn)對二次設(shè)備內(nèi)部多個(gè)位置、多個(gè)角度、較大面積區(qū)域的紅外監(jiān)測功能，從而解決單個(gè)紅外鏡頭成像監(jiān)測面積小、角度存在盲點(diǎn)的問題。為滿足測溫要求，經(jīng)過市場產(chǎn)品選型，最終確定選用了MLX90640BAB型微型紅外成像攝像頭，該攝像頭視場角度為55*35度，測溫范圍-40℃～200℃。

微型熱像儀包括設(shè)置在柜體內(nèi)的多個(gè)萬向磁力表座，熱像儀設(shè)置在萬向磁力表座的第二旋轉(zhuǎn)臂的末端，每個(gè)所述萬向磁力表座上均設(shè)置有調(diào)節(jié)系統(tǒng)。通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)達(dá)到調(diào)節(jié)溫度傳感器的位置的目的，從而實(shí)現(xiàn)了將溫度傳感器設(shè)置在需要重點(diǎn)監(jiān)控的電子部件的目的，實(shí)現(xiàn)了精確監(jiān)控，重點(diǎn)監(jiān)控，精確定位的技術(shù)效果，對柜體內(nèi)的溫度進(jìn)行精確監(jiān)控。

2.2 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊采用單片機(jī)設(shè)計(jì)，可實(shí)時(shí)采集、存儲各個(gè)紅外傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初步計(jì)算分析，當(dāng)采集量異常時(shí)，可發(fā)出預(yù)警信號。數(shù)據(jù)處理模塊還通過計(jì)時(shí)單元控制紅外傳感器測量周期，并通過數(shù)據(jù)接口向后臺分析平臺傳輸數(shù)據(jù)，通過平臺設(shè)定裝置相關(guān)參數(shù)。數(shù)據(jù)處理模塊與4個(gè)紅外傳感器之間采用拔插式接頭連接，用于提供傳感器工作電源和獲取傳感器數(shù)據(jù)，同時(shí)設(shè)有裝置總電源接口和數(shù)據(jù)線接口。

數(shù)據(jù)處理模塊采用單片機(jī)設(shè)計(jì)，可實(shí)時(shí)采集、存儲各個(gè)紅外傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)和圖像，在模塊中實(shí)現(xiàn)輪換覆蓋式存儲，并通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至后臺軟件。

數(shù)據(jù)處理模塊還能夠接受和反饋后臺軟件設(shè)定的紅外傳感器信號采集頻率，并通過計(jì)時(shí)單元控制各傳感器工作周期。

此外，數(shù)據(jù)采集模塊集成有電源驅(qū)動，一方面通過連接220V電源的適配器或蓄電池供電，一方面通過拔插式數(shù)據(jù)線連接各紅外傳感器，為其提供動力電源。

2.3 信號傳輸模塊

封閉式屏柜紅外線在線監(jiān)測及預(yù)警裝置的紅外傳感器和數(shù)據(jù)處理模塊安裝于封閉式屏柜內(nèi)部，并通過磁吸底座固定于柜門內(nèi)壁。由于變電二次屏柜的柜體設(shè)計(jì)有信號屏蔽層，要實(shí)現(xiàn)無線信號傳輸，需要將無線信號傳輸模塊置于封閉式屏柜外側(cè)，室外屏柜可配備防雨罩，無線傳輸模塊通過拔插式數(shù)據(jù)線連接數(shù)據(jù)處理模塊，實(shí)現(xiàn)發(fā)信與收信功能。

2.4 后臺分析軟件

封閉式屏柜紅外線在線監(jiān)測及預(yù)警裝置配套后臺分析軟件，該軟件在windows系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行，可安裝于巡視人員的隨身平板電腦。軟件人機(jī)界面設(shè)計(jì)簡潔，操作簡單，通過無線網(wǎng)獲取和存儲數(shù)據(jù)處理模塊采集的數(shù)據(jù)后，用戶可在軟件界面完成數(shù)據(jù)詳細(xì)分析，或通過設(shè)定報(bào)警閥值，實(shí)現(xiàn)自動報(bào)警功能。

軟件提供了參數(shù)設(shè)置窗口，當(dāng)前端裝置與后臺軟件連接后，可在軟件界面設(shè)置各傳感器的啟動周期，或發(fā)布開啟、關(guān)閉、實(shí)時(shí)啟動或數(shù)據(jù)、圖像現(xiàn)時(shí)傳輸?shù)拿睢?/p>

3 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用前景

3.1 創(chuàng)新情況分析

封閉式屏柜紅外在線監(jiān)測及故障預(yù)警裝置主要創(chuàng)新點(diǎn)如下：（1）首次成功研制出了一套多傳感器組合式紅外監(jiān)測裝置，解決了目前技術(shù)條件下，單個(gè)微距紅外傳感器成像面積過小、角度存在盲點(diǎn)的問題;（2）裝置具有很強(qiáng)的實(shí)用性、針對性和專業(yè)性，能夠裝置基于智能傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)封閉式屏柜內(nèi)部元器件運(yùn)行溫度數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測預(yù)警功能，從根本上解決了封閉式屏柜內(nèi)部元器件溫度無法實(shí)時(shí)監(jiān)測的難題。將封閉式變電二次屏柜的運(yùn)維模式由“人巡”、“周期巡”升級為“機(jī)巡”、“實(shí)時(shí)巡”，為今后實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備智能運(yùn)維提供了一定的技術(shù)參考。

3.2 應(yīng)用前景

封閉式屏柜紅外在線監(jiān)測及故障預(yù)警裝置首次實(shí)現(xiàn)了二次屏柜內(nèi)部多面組合式紅外溫度監(jiān)測與故障預(yù)警，做到了從“人巡”到“機(jī)巡”的轉(zhuǎn)變。裝置安裝方便，操作簡單，軟件人機(jī)界面友好，具有很強(qiáng)的可操作性，易于運(yùn)維人員上手，使用后可大大節(jié)省設(shè)備運(yùn)維人力成本，同時(shí)提高二次屏柜設(shè)備的運(yùn)行可靠性，為設(shè)備和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。封閉式屏柜紅外在線監(jiān)測及故障預(yù)警裝置可以自主生產(chǎn)并投放于市場，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，具有很強(qiáng)的推廣性及應(yīng)用價(jià)值。

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