变电站红外热成像测温在线监控系统的构建及应用
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P631、P143 P143、P141
P142 P122、P922
P141 YS - 89A
生产厂家 西门子 AREVA AREVA AREVA AREVA AREVA AREVA
南京银山
接口类型 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485 以太网
个 110 kV 线路纵差保护装置 7SD610 组成一组以串 口方式接入子站; 将主变差动保护装置 P631 组成 一组以串口方式接入子站; 将 AREVA 其他同型号 的保护装置组成一组或几组分别接入子站; 故障录 波器按以太网的方式接入子站; 子站后台也按以太 网方式接入子站。子站后台的功能是对子站系统所 采集的信息进行分类汇总,对实时采集的故障信息 进行分析,对历史数据进行存储、信息查询、管理 和分析应用,提供友好的人机界面,对子站所接入 的保护装置、故障录波器进行监控和操作。
( 4) 与地调主站通信: 子站与主站之间是电力 数据专网的路由器,子站与路由器用以太网进行 通信。
5 应用效果
子站系统在 110 kV 龙湾变电站的投运,大大
提高了变电站的运行管理水平,但在运行初期也出
现了几个问题。经改进后,都得到了解决。
( 5) 人机界面包括液晶显示模块和键盘模块。 液晶显示用于实时显示子站采集到的数据,键盘用 于调试和操作。
3 子站系统的组网
110 kV 龙湾站 110 kV 侧为环进环出接线,带 两台容量为 40 MVA 的 110 kV 变压器; 10 kV 侧母 线采用单母线分段的供电方式,中性点经消弧线圈 接地。需要接入子站系统的二次设备如表 1 所示。
·变电站自动化专题·
变电站红外热成像测温在线监控系统的构建及应用
张建浩 陈洁钰 ( 绍兴电力局,312000,浙江绍兴)
【摘要】 目前,变电设备的红外热成像检测和诊断基本上还停留在便携式红外人工巡检和后台计 算机离线处理上,无法实现全天候实时热状态远程监控和分析。提出了运用红外热成像技术、红外测温 技术、变电设备智能识别技术、网络传输技术等建立变电站红外测温在线监控系统的新思路。研究和应 用结果表明,该系统很好地实现了红外测温的实时远程监控和智能分析诊断。
在此背景下,电力行业强烈希望能出现一种可 以远程控制的智能化红外热像测温监控诊断系统, 以实现对红外图像的远程监控和操作。
目前,光纤传感技术、红外热成像技术,以及 采集数据智能分析技术等都已经相当成熟,但将红 外热成像与光纤光栅传感功能组合起来,形成一个 可以通过软件远程操作、按照预定位置代替人工巡 检的 设 备 暂 且 没 有 发 现,也 未Baidu Nhomakorabea曾 有 资 料 文 献 报 道过。
关键词 变电站 自动控制 红外测量 在线
随着国家电网公司状态检修和 “三集五 大” ( 三集是指人、财、物集约化管理,五大是指大规 划、大建设、大运行、大检修和大营销) 的推广, 各级变电站开始实施大集控运行管理。对变电站内 电气设备温度的实时测量和分析预警是掌握电气设 备运行状态的重要手段,而目前电网的生产管理信 息系统和变电站视频监控系统中,尚未包括变电设 备过热智能预警的相关内容。
建立的变电站远程红外自动监测系统,是以一 定数量的可相对独立工作的网络红外热像仪监控系 统为基础,采用星形拓扑方式连接起来的监控系 统。系统规模可根据电网区域范围大小和变电站数 量组合定义,在电力局控制中心即可对所有下属变 电站进行远程电力红外视频监控。
系统在各集控中心设区域监控中心,在条件成 熟的前提下可在调度中心设立主控中心。系统网络 拓扑图如图 1 所示。 1. 3 系统主要功能
图 1 龙湾站子站网络结构示意图
4 子站系统投运前的调试
子站系统安装完毕后,必须经过严格的检查和 试验,确认安装正确后,才能投入运行。具体需要 完成如下几个项目。
( 1) 外观检查: 装置外观是否损坏,屏内组件 是否完好,接线有无折断、脱落等。
( 2) 保护装置码表核查: 首先,需要确认现场 接入保护装置的定值码表; 然后,对子站组态读取 的 数据、软压板、硬压板、模拟量和开关量等信息
现有的红外测温和数据分析工作主要靠人工进 行,测温手段上也存在着很大的局限性,每年消耗 的人力物力巨大。采用便携式红外设备人工检测带 电设备的工作状态,受限于操作员的身高与设备的 安装高度,对于设备的大部分位置无法全面观察, 存在死区。另外,对某些特殊场合,如无人值守变 电站运行设备的热状态检测,采用便携式操作的红 外设备,往往会造成员工劳动强度的增加,并出现 诊断不及时等问题。
( 3) 采用美国模拟器件公司生产的 AD7864 芯 片。AD7864 芯片是一种高精度、高采样频率、低 功耗、可以四通道同时采样的 A /D 采集芯片。
( 4) 为了达到自动控制的目的,子站设计了开 关量的输入 /输出电路。开关量输入信号通过滤波 电路,经过光耦隔离后送到遥信采集单元。开关量 输出信号通过地址译码、防误闭锁电路和信号开出 电路,经过光耦隔离后送到出口继电器输出。
考虑到龙湾站接入的保护种类不一样,而且同 一生产厂家不同型号的保护装置采用不同的规约, 子站对装置的接入方式存在差异,龙湾站子站系统 采 用以太网和串口混合的方式,如图1 所示。将四
项目 存储量 网络要求
表 1 各级存储和网络要求
变电站终端 35 GB / a
( 按每天巡检 3 次、600 张热图计) 独占带宽: 2 Mbit / s ~ 10 Mbit / s
监控中心 无要求
100 Mbit / s
3 应用效果
通过安装在 110 kV 昌安变电站户外的四个红
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外摄像头,红外热成像测温在线监控系统实现了水 平 360°、向下 90°、向上 15°的全方位无盲点监测。 同时,系统还提供多种方式的自动巡检方案,实现 完全自动化运行。此外,该套系统还实现了浙江省 电力公司 PMS ( 生产管理系统) 平台的接入。通 过该平台,可实现远程监控、远程操作,以及远程 调 取红外实时图像和数据。由于安装位置在人员到
1 项目设计
1. 1 项目目标 结合红外热成像技术、红外测温技术、变电站
设备智能识别技术、网络传输技术、嵌入式 CPU 和 DSP 平 台 的 软 件 开 发 技 术、 实 时 操 作 系 统 ( RTOS) 的开发技术,以及 TCP / IP 协议栈的开发 技术等关键技术,开发变电站远程红外智能在线自 动监控系统。该系统可实现对变电设备的自动巡 检、实时监控和自动报警。 1. 2 系统网络拓扑结构
由于变电站在规模和布置上存在较大差异,所 以子站系统需要提供多种网络结构和网络方案,供 使用者根据实际情况选择。另外,变电站内不同型 号、不同厂家、不同时期的保护装置或故障录波器 的通信接口 ( 规约) 也不尽相同,需要将不同的 通信接口 ( 规约) 的信息收集汇总,形成统一的 数据格式。因此,子站必须具备较强的信息采集、 存储、处理和传输等功能。以 ARM 技术为核心的 32 位微控制器提供了一个很好的硬件平台,并应 用嵌入式实时多任务操作系统,使继电保护故障信 息子站的运行更加合理、高效。
小于 2 个像素点。在该红外全景图上进行设备位置 备温度异常,则立即自动报警。报警信息有文字信
标识后形成变电站工作设备列表。在上述数据基础 息和声音信息,提示运行人员具体的报警位置状况
上,通过红外图像智能识别技术,获得系统自动巡 信息,以便跟踪故障点,确认报警情况并排除故
检过程中任意采集的红外热图中所有涉及到的设备 障。系统可自动生成单幅红外图像的设备接点温度
( 2014 - 11)
·变电站自动化专题·
表 1 龙湾站继电保护配置表
单元名称 110 kV 线路主保护 110 kV 线路后备保护 110 kV 主变保护 10 kV 分段自切保护 10 kV 线路保护 10 kV 电容器保护 10 kV 低频保护 故障录波器
保护装置型号 7SD610 P143
成对变电站红外图像的实时显示、监控、存储、分 络通信功能。设备应符合变电站自动化设备设计要
析和处理报告等功能。系统工作界面如图 3 所示。 求及有关标准。
系统可对云台设置预置位 ( 每个云台可设置
所建立的监控系统应具有良好的标准性、开放
80 个预置位) ,并利用机器智能方式运作,无需看 性、集成性和可扩充性,可根据需要方便地进行网
本系统使用在线式红外热成像仪采集一系列红 外热像,然后对这些红外热像进行半自动空间匹配 对准,合成一幅包含各图像序列信息的完整、高清 晰 、宽 视 角 场 景 红 外 全 景 图 像 。由 于 采 用 了 最 新 的
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·变电站自动化专题·
图 1 系统网络拓扑图
高精度红外成像仪和图像智能识别技术,识别误差 图和温度信息。在系统巡检过程中,如发现目标设
管,自动定时启动巡检,并保存巡检时所采集的热 络逐级汇接,增减各类站级前端设备。系统所使用
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图 2 某变电站场地东侧红外全景图
( 2014 - 11)
·变电站自动化专题·
图 3 系统工作界面图
图 4 自动生成温度分析列表
的视频编解码标准应采用符合大规模拓扑网络传输 标准。
需要的、低比特率的、交互式的、先进通用的国际
一一核查。 ( 3) 现场故障试验调试: 现场故障试验如同出
厂的故障试验,在子站察看保护装置动作的故障波 形,主站端应报 SOE ( 事件顺序记录) 信息; 若 子站没有波形文件或主站没有收到突发报文,应先 检查子站通道是否正确,装置 IP 地址是否正确, 再察看子站是否有该装置的动态库; 若无动态库, 应在程序执行文件下添加该动态库。
位 RISC 架构的处理器,具有体积小、功耗低、成 本低和性能高等特点。
( 2) 采 用 EXAR 公 司 生 产 的 通 信 专 用 芯 片 ST16 C654 。为了满 足 各 种 数 字 式 保 护 和 故 障 录 波 器的 需 要,通 信 系 统 电 路 设 计 了 RS232 / RS485 / RS422、以太网 ( TCP / IP) 和 LonWorks 现场总线 等多种通信接口,内嵌有多种规约,用来对不同厂 家的保护装置和故障录波器进行规约转换和通信介 质转换。
各级存储和网络要求如表 1 所示。
( 2014 - 11)
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·变电站自动化专题·
变电站继电保护故障信息子站的研究与应用
顾爱斌 宋桂林 费忠元 ( 上海市电力公司金山供电公司,200540,上海)
1 子站系统概述
继电保护故障信息系统由调度的主站系统、设 在变电站的子站系统,以及连接子站和主站的通信 网络三大部分构成。子站系统位于变电站层,主要 负责收集、分析和显示变电站内继电保护装置、故 障录波器、安全自动装置的信息,将系统内的故障 及相关信息按不同优先级主动或按照主站系统的命 令上传到主站进行进一步分析处理,并可接收主站 系统的命令,实现对保护装置的直接操作。
为此,浙江省电力公司成立项目组,开发变电 站红外热成像测温在线监控系统。2011 年 9 月底, 在 110 kV 绍兴电力局昌安变顺利完成红外热成像
( 2014 - 11)
测温在线监控系统的安装工作。这是浙江省首个利 用红外图像智能识别技术获得红外热图中所有涉及 到的设备的精确位置及工作温度的变电站设备智能 识别系统,现介绍如下,供同行参考。
的精确位置及工作温度。红外全景图像如图 2 所示 分析列表或综合报表,如图 4 所示。
( 实际监测到的红外全景图像是彩色的,热点位置 显示为红色———编者注) 。
2 系统软硬件要求
该系统可以多画面的方式监视变电站的所有红
站端设备安装在变电站现场,完成变电站现场
外图像信息,并获得设备温度的实时监控信息,完 各种信息采集、处理、监控,以及与监控中心的网
下面结合 110 kV 龙湾站对变电站继电保护故 障信息子站系统进行介绍。
2 子站系统的结构
110 kV 龙湾站采用的是上海申瑞 DEP - 100N 子站系统,包 括 CPU、通 信、模 拟 量 采 集、开 关 量输入 /输出和人机界面等部分。
( 1) 采用三星公司生产的 S3C4510B 型微处理 器。S3C4510B 是一款基于 ARM7 TDMI 内核的 32
P142 P122、P922
P141 YS - 89A
生产厂家 西门子 AREVA AREVA AREVA AREVA AREVA AREVA
南京银山
接口类型 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485 以太网
个 110 kV 线路纵差保护装置 7SD610 组成一组以串 口方式接入子站; 将主变差动保护装置 P631 组成 一组以串口方式接入子站; 将 AREVA 其他同型号 的保护装置组成一组或几组分别接入子站; 故障录 波器按以太网的方式接入子站; 子站后台也按以太 网方式接入子站。子站后台的功能是对子站系统所 采集的信息进行分类汇总,对实时采集的故障信息 进行分析,对历史数据进行存储、信息查询、管理 和分析应用,提供友好的人机界面,对子站所接入 的保护装置、故障录波器进行监控和操作。
( 4) 与地调主站通信: 子站与主站之间是电力 数据专网的路由器,子站与路由器用以太网进行 通信。
5 应用效果
子站系统在 110 kV 龙湾变电站的投运,大大
提高了变电站的运行管理水平,但在运行初期也出
现了几个问题。经改进后,都得到了解决。
( 5) 人机界面包括液晶显示模块和键盘模块。 液晶显示用于实时显示子站采集到的数据,键盘用 于调试和操作。
3 子站系统的组网
110 kV 龙湾站 110 kV 侧为环进环出接线,带 两台容量为 40 MVA 的 110 kV 变压器; 10 kV 侧母 线采用单母线分段的供电方式,中性点经消弧线圈 接地。需要接入子站系统的二次设备如表 1 所示。
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变电站红外热成像测温在线监控系统的构建及应用
张建浩 陈洁钰 ( 绍兴电力局,312000,浙江绍兴)
【摘要】 目前,变电设备的红外热成像检测和诊断基本上还停留在便携式红外人工巡检和后台计 算机离线处理上,无法实现全天候实时热状态远程监控和分析。提出了运用红外热成像技术、红外测温 技术、变电设备智能识别技术、网络传输技术等建立变电站红外测温在线监控系统的新思路。研究和应 用结果表明,该系统很好地实现了红外测温的实时远程监控和智能分析诊断。
在此背景下,电力行业强烈希望能出现一种可 以远程控制的智能化红外热像测温监控诊断系统, 以实现对红外图像的远程监控和操作。
目前,光纤传感技术、红外热成像技术,以及 采集数据智能分析技术等都已经相当成熟,但将红 外热成像与光纤光栅传感功能组合起来,形成一个 可以通过软件远程操作、按照预定位置代替人工巡 检的 设 备 暂 且 没 有 发 现,也 未Baidu Nhomakorabea曾 有 资 料 文 献 报 道过。
关键词 变电站 自动控制 红外测量 在线
随着国家电网公司状态检修和 “三集五 大” ( 三集是指人、财、物集约化管理,五大是指大规 划、大建设、大运行、大检修和大营销) 的推广, 各级变电站开始实施大集控运行管理。对变电站内 电气设备温度的实时测量和分析预警是掌握电气设 备运行状态的重要手段,而目前电网的生产管理信 息系统和变电站视频监控系统中,尚未包括变电设 备过热智能预警的相关内容。
建立的变电站远程红外自动监测系统,是以一 定数量的可相对独立工作的网络红外热像仪监控系 统为基础,采用星形拓扑方式连接起来的监控系 统。系统规模可根据电网区域范围大小和变电站数 量组合定义,在电力局控制中心即可对所有下属变 电站进行远程电力红外视频监控。
系统在各集控中心设区域监控中心,在条件成 熟的前提下可在调度中心设立主控中心。系统网络 拓扑图如图 1 所示。 1. 3 系统主要功能
图 1 龙湾站子站网络结构示意图
4 子站系统投运前的调试
子站系统安装完毕后,必须经过严格的检查和 试验,确认安装正确后,才能投入运行。具体需要 完成如下几个项目。
( 1) 外观检查: 装置外观是否损坏,屏内组件 是否完好,接线有无折断、脱落等。
( 2) 保护装置码表核查: 首先,需要确认现场 接入保护装置的定值码表; 然后,对子站组态读取 的 数据、软压板、硬压板、模拟量和开关量等信息
现有的红外测温和数据分析工作主要靠人工进 行,测温手段上也存在着很大的局限性,每年消耗 的人力物力巨大。采用便携式红外设备人工检测带 电设备的工作状态,受限于操作员的身高与设备的 安装高度,对于设备的大部分位置无法全面观察, 存在死区。另外,对某些特殊场合,如无人值守变 电站运行设备的热状态检测,采用便携式操作的红 外设备,往往会造成员工劳动强度的增加,并出现 诊断不及时等问题。
( 3) 采用美国模拟器件公司生产的 AD7864 芯 片。AD7864 芯片是一种高精度、高采样频率、低 功耗、可以四通道同时采样的 A /D 采集芯片。
( 4) 为了达到自动控制的目的,子站设计了开 关量的输入 /输出电路。开关量输入信号通过滤波 电路,经过光耦隔离后送到遥信采集单元。开关量 输出信号通过地址译码、防误闭锁电路和信号开出 电路,经过光耦隔离后送到出口继电器输出。
考虑到龙湾站接入的保护种类不一样,而且同 一生产厂家不同型号的保护装置采用不同的规约, 子站对装置的接入方式存在差异,龙湾站子站系统 采 用以太网和串口混合的方式,如图1 所示。将四
项目 存储量 网络要求
表 1 各级存储和网络要求
变电站终端 35 GB / a
( 按每天巡检 3 次、600 张热图计) 独占带宽: 2 Mbit / s ~ 10 Mbit / s
监控中心 无要求
100 Mbit / s
3 应用效果
通过安装在 110 kV 昌安变电站户外的四个红
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外摄像头,红外热成像测温在线监控系统实现了水 平 360°、向下 90°、向上 15°的全方位无盲点监测。 同时,系统还提供多种方式的自动巡检方案,实现 完全自动化运行。此外,该套系统还实现了浙江省 电力公司 PMS ( 生产管理系统) 平台的接入。通 过该平台,可实现远程监控、远程操作,以及远程 调 取红外实时图像和数据。由于安装位置在人员到
1 项目设计
1. 1 项目目标 结合红外热成像技术、红外测温技术、变电站
设备智能识别技术、网络传输技术、嵌入式 CPU 和 DSP 平 台 的 软 件 开 发 技 术、 实 时 操 作 系 统 ( RTOS) 的开发技术,以及 TCP / IP 协议栈的开发 技术等关键技术,开发变电站远程红外智能在线自 动监控系统。该系统可实现对变电设备的自动巡 检、实时监控和自动报警。 1. 2 系统网络拓扑结构
由于变电站在规模和布置上存在较大差异,所 以子站系统需要提供多种网络结构和网络方案,供 使用者根据实际情况选择。另外,变电站内不同型 号、不同厂家、不同时期的保护装置或故障录波器 的通信接口 ( 规约) 也不尽相同,需要将不同的 通信接口 ( 规约) 的信息收集汇总,形成统一的 数据格式。因此,子站必须具备较强的信息采集、 存储、处理和传输等功能。以 ARM 技术为核心的 32 位微控制器提供了一个很好的硬件平台,并应 用嵌入式实时多任务操作系统,使继电保护故障信 息子站的运行更加合理、高效。
小于 2 个像素点。在该红外全景图上进行设备位置 备温度异常,则立即自动报警。报警信息有文字信
标识后形成变电站工作设备列表。在上述数据基础 息和声音信息,提示运行人员具体的报警位置状况
上,通过红外图像智能识别技术,获得系统自动巡 信息,以便跟踪故障点,确认报警情况并排除故
检过程中任意采集的红外热图中所有涉及到的设备 障。系统可自动生成单幅红外图像的设备接点温度
( 2014 - 11)
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表 1 龙湾站继电保护配置表
单元名称 110 kV 线路主保护 110 kV 线路后备保护 110 kV 主变保护 10 kV 分段自切保护 10 kV 线路保护 10 kV 电容器保护 10 kV 低频保护 故障录波器
保护装置型号 7SD610 P143
成对变电站红外图像的实时显示、监控、存储、分 络通信功能。设备应符合变电站自动化设备设计要
析和处理报告等功能。系统工作界面如图 3 所示。 求及有关标准。
系统可对云台设置预置位 ( 每个云台可设置
所建立的监控系统应具有良好的标准性、开放
80 个预置位) ,并利用机器智能方式运作,无需看 性、集成性和可扩充性,可根据需要方便地进行网
本系统使用在线式红外热成像仪采集一系列红 外热像,然后对这些红外热像进行半自动空间匹配 对准,合成一幅包含各图像序列信息的完整、高清 晰 、宽 视 角 场 景 红 外 全 景 图 像 。由 于 采 用 了 最 新 的
561 1
·变电站自动化专题·
图 1 系统网络拓扑图
高精度红外成像仪和图像智能识别技术,识别误差 图和温度信息。在系统巡检过程中,如发现目标设
管,自动定时启动巡检,并保存巡检时所采集的热 络逐级汇接,增减各类站级前端设备。系统所使用
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图 2 某变电站场地东侧红外全景图
( 2014 - 11)
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图 3 系统工作界面图
图 4 自动生成温度分析列表
的视频编解码标准应采用符合大规模拓扑网络传输 标准。
需要的、低比特率的、交互式的、先进通用的国际
一一核查。 ( 3) 现场故障试验调试: 现场故障试验如同出
厂的故障试验,在子站察看保护装置动作的故障波 形,主站端应报 SOE ( 事件顺序记录) 信息; 若 子站没有波形文件或主站没有收到突发报文,应先 检查子站通道是否正确,装置 IP 地址是否正确, 再察看子站是否有该装置的动态库; 若无动态库, 应在程序执行文件下添加该动态库。
位 RISC 架构的处理器,具有体积小、功耗低、成 本低和性能高等特点。
( 2) 采 用 EXAR 公 司 生 产 的 通 信 专 用 芯 片 ST16 C654 。为了满 足 各 种 数 字 式 保 护 和 故 障 录 波 器的 需 要,通 信 系 统 电 路 设 计 了 RS232 / RS485 / RS422、以太网 ( TCP / IP) 和 LonWorks 现场总线 等多种通信接口,内嵌有多种规约,用来对不同厂 家的保护装置和故障录波器进行规约转换和通信介 质转换。
各级存储和网络要求如表 1 所示。
( 2014 - 11)
563 3
·变电站自动化专题·
变电站继电保护故障信息子站的研究与应用
顾爱斌 宋桂林 费忠元 ( 上海市电力公司金山供电公司,200540,上海)
1 子站系统概述
继电保护故障信息系统由调度的主站系统、设 在变电站的子站系统,以及连接子站和主站的通信 网络三大部分构成。子站系统位于变电站层,主要 负责收集、分析和显示变电站内继电保护装置、故 障录波器、安全自动装置的信息,将系统内的故障 及相关信息按不同优先级主动或按照主站系统的命 令上传到主站进行进一步分析处理,并可接收主站 系统的命令,实现对保护装置的直接操作。
为此,浙江省电力公司成立项目组,开发变电 站红外热成像测温在线监控系统。2011 年 9 月底, 在 110 kV 绍兴电力局昌安变顺利完成红外热成像
( 2014 - 11)
测温在线监控系统的安装工作。这是浙江省首个利 用红外图像智能识别技术获得红外热图中所有涉及 到的设备的精确位置及工作温度的变电站设备智能 识别系统,现介绍如下,供同行参考。
的精确位置及工作温度。红外全景图像如图 2 所示 分析列表或综合报表,如图 4 所示。
( 实际监测到的红外全景图像是彩色的,热点位置 显示为红色———编者注) 。
2 系统软硬件要求
该系统可以多画面的方式监视变电站的所有红
站端设备安装在变电站现场,完成变电站现场
外图像信息,并获得设备温度的实时监控信息,完 各种信息采集、处理、监控,以及与监控中心的网
下面结合 110 kV 龙湾站对变电站继电保护故 障信息子站系统进行介绍。
2 子站系统的结构
110 kV 龙湾站采用的是上海申瑞 DEP - 100N 子站系统,包 括 CPU、通 信、模 拟 量 采 集、开 关 量输入 /输出和人机界面等部分。
( 1) 采用三星公司生产的 S3C4510B 型微处理 器。S3C4510B 是一款基于 ARM7 TDMI 内核的 32