在线式红外成像测温系统

在线式红外成像测温预警系统

目录

一、系统简介 (3)

二、技术背景 (4)

三、红外热成像原理 (5)

四、传统测温方法介绍 (6)

五、全视场红外成像测温系统 (8)

六、系统组网方案 (11)

七、系统参数 (15)

八、系统安装与系统出厂清单 (16)

附页1：报表格式 (18)

一、系统简介

在线式全视场红外成像测温系统是一种全天候、全自动的非接触式温度监测与报警设备。它集红外测温技术、计算机网络技术、现代通信网络技术、嵌入式技术、图像处理算法、智能信息处理算法等先进技术于一体，为电力设施的温度在线监测和故障诊断提供有力保障。该设备通过云台若干预置位的设置实现全视场成像，从而覆盖视场内所有电力设备，达到能见即能测的目的；通过距离估算、目标识别等技术，结合先验数据实现温度数据的校正，有效提高温度测量精度。红外温度图像通过以太网络实时传输到监控终端，用户可通过终端监控界面中的实时视频及系统参数了解现场设备温度运行状况，当设备由于故障出现温度上升时，系统声光报警，并自动生成设备运行报表，提供详细图表报告，为设备故障的及时排除提供有力保障。该设备的应用能大大降低传统设备维护人员的工作压力，促进电网运行自动化和智能化的建设，有效推动智能电网的发展。

二、技术背景

高压输电线、变配电设备等在电力系统中有着极其重要的地位，一旦出现故障，会造成巨大财产损失及不良社会影响等严重后果。电力设备故障一般是由于过流、过载、老化、接触不良、漏电、设备内部缺陷或其他异常导致的，且上述故障一般都会伴随有发热异常现象，通过监控设备表面温度变化就能基本判定设备的运行状态。

随着科学技术的发展，红外测温技术由于具备非接触测温的能力，对设备缺陷具有很强的诊断和预警能力，迅速成为电力设备温度监测的首选技术。目前，电力系统对电力设施表面温度的监测都是安排工作人员定期使用手持式红外热像仪进行巡检。巡检方式下，工作人员须在规定的安全距离外将红外热像仪对准被测设备，调整焦距，获得目标的温度值，在完成上一个节点测量后再进行下一个节点的测量。人工巡检测温方式存在以下问题：

◆人工操作。浪费人力并且温度测量准确度人为因素影响较大

◆单点测温。测温点多时工作强度大

◆人工巡查，不能自动报警，存在监控真空

◆测量数据存储在红外热像仪的存储卡中，共享性差

◆人工制作报表，工作量大

为适应智能化电网建设的需求，深圳键桥通讯技术股份有限公司诚挚推出在线式全视场红外成像测温预警系统，该系统采用最前沿的红外成像技术及先进的红外图像处理算法，实现镜头内全视场的远距离准确测温，基于成熟的通信及网络，实时在线地对分布广泛的变电设施进行集中统一的温度监控及预警。

三、红外热成像原理

在光谱图中，波长2.0~1000微米之间的部分称为热红外线。自然界中所有温度在绝对零度（-273℃）以上的物体，都会不停地向外辐射热红外线。热红外线（或称热辐射）是自然界中存在最为广泛的辐射。红外热辐射除存在的普遍性之外，还有另外两个重要的特性。

?大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3~5微米和

8~14微米的热红外线却是透明的，这两个波段被称为热红外

线的“大气窗口”。利用这两个窗口，可以使人们在完全无

光的夜晚，或是在烟云密布的战场，清晰地观察到前方的情

况。正是由于这个特点，热红外成像技术为军事上提供了先

进的夜视装备并为飞机、舰艇和坦克装上了全天候前视系统。

?物体的热辐射能量的大小，直接和物体表面的温度相关。

热辐射的这个特点使人们可以利用它来对物体进行非接触温

度测量和热状态分析，这就是红外测温技术的基本物理原理。

红外热成像系统一般工作在中波红外区域（波长3~5um）或长波红外区域（波长8~12um）。通过探测物体发出的红外辐射，将不可见的辐射图像转变为人眼可见的、清晰的图像。热成像仪非常灵敏，能探测到小于0.1℃的温差。

四、传统测温方法介绍

目前常用的工业测温方法主要有：接触式温度传感器、红外点温仪、手持式红外成像仪三种，下面对这三种传统工业测温方法的优缺点进行简述。

1、接触式温度传感器测温

将温度传感器与测温目标紧密接触，测温结果采用有线或无线通信的方式发送给测控主机。

?优点

?单点测温成本低

?测温结果准确度高

?缺点

?处于高温高压的恶劣环境，可靠性差，容易误警

?安装、维护需要停电

?设备温度超过传感器工作温度时，烧毁传感器

?通信及供电难解决

?测温点多时造价急剧上升

2、红外点温仪

红外点温仪采用简单的红外线测温技术，使用的红外传感器不是成像的，虽然能够进行非接触测温，但不能成像，没有直观性。

?优点

?非接触式测温，安全

?价格便宜，适合单点测温

?缺点

?人工操作，需要瞄准，测量结果需人工汇总

?单点测温，测温点多时操作冗长

?测温结果依赖瞄准的准确度

?测量结果没有直观性

3、手持式红外热像仪

手持式红外热像仪是目前最普及的工业测温方式，采用非制冷红外焦平面作为温度传感器，具有非接触成像测温的显著优点，在各个行业尤其是电力、钢铁行业得到了大范围的应用。

?优点

?非接触式测温

?测温结果可视化

?使用方便，便于携带

?目前最主要的测温装置

?缺点

?人工操作、人工对准、人工聚焦

?人工设置环境温度、目标距离、辐射值

?逐点测温，测温点多时工作强度大、耗时

?被测目标工作状态需要人工判断

?测量结果需人工制作报表

?漏测、误测难免

五、全视场红外成像测温系统

为促进电力设施测温的自动化，在进行广泛技术及市场调研的基础上，深圳键桥通讯技术股份有限公司研发生产出全视场红外成像测温系统，该系统融合了当今最前沿的红外测温及网络通信技术，具备以下特点：

?具备全视场测温能力

每个变电站里，需要测量的目标点大约有数百个之多。人工巡检时往往只挑出少数几个特别关键的设备来测量，这会造成大量的目标点漏测，存在故障隐患。本产品具有全视场成像测温能力，可以对镜头视场内的变电区域每一个像素点进行准确测温，真正达到“能见即能测”。

?目标距离的自适应补偿

测温目标与红外镜头之间的距离对测温的准确度有较大的影响。手持式红外测温仪需要对每一个测量目标进行距离估计。本产品采用了军用红外雷达的目标距离估计技术，能够自动对目标进行分析并对测温准确度进行自适应补偿，保证了大范围内的目标测温准确度。

?相对差分测温、绝对测温、相间温差报警相结合

全视场红外成像测温系统采用相对差分测温、绝对值测温、相间温差报警三种方法相结合的测温算法，共同分析全视场内各节点的温度变化情况。

相对差分报警：对同一测温目标点前后两个时刻的温度值进行比较，分析其差值，若差值过大，表示该目标点的性能发生了急剧的变

化，值得高度重视，该方法有利于发现突发性故障，比如过流等；

绝对值报警：对测温目标点进行绝对温度测量，若高于预先设定的阈值，发出报警，绝对值测温主要针对那种缓慢性发展的故障，比如锈蚀等。

相间温差报警：通过对同间隔内的同设备类型A、B、C三相之间的温度差来报警，有利于发现负载不均衡造成的故障。

?全天侯在线

全视场红外成像测温终端安装在测温现场，测温图像及结果通过网络实时传回监控管理中心，能够对变电设施进行全天侯的不间断测温监控，避免了手持式红外测温方式存在的巡检间隔中的监控真空出现。监控结果通过网络进行传输，便于网管中心的远程集中监控。?预置点自定义设定

虽然全视场红外成像系统具备全视场测温能力，但用户往往会对视场中的部分关键点特别感兴趣，因此系统特别提供预置点设置功能。用户可以在网管软件图形界面上将视场范围内的任意点设置为兴趣点，并赋予该预置点名称，便于直观显示目标运行状态及详细报表。

?自动巡检，自动报警

系统安装完成后，无需人工操作，无需人工巡检，系统全自动的按照既定的扫描线路对变电区域进行扫描，自动记录变电设施的红外图谱，并对每帧图像的最高温度、设备温度进行分析，一旦分析结果超出设定阈值，系统会进行声光报警，真正实现全程自动化。

?历史数据存储、查询

历史温度数据对于工作人员了解设备历史运行状况、制作工作报表相当重要。设备运行的正常情况和异常情况均保存于数据库，工作人员可在任意时刻调出历史数据进行分析，产品可对任一测温点的历史温度变化情况以曲线方式表示。

?测温报表自动生成

红外成像测温系统会自动巡视视野范围内的测温目标，每次巡视完成后记录所有视场的温度信息，工作人员只要按下按键，就可以把所有的目标当前温度以word+图像的形式生成报表。工作人员亦可通过控制云台，将红外热像仪对准任一感兴趣的设备，通过按键生成截图报表。报表格式见附页。

?背景稳定显示技术

红外热成像仪所形成的可视化图像是标准的8bit灰度图像，灰度级只能有256级，如果要在图像中能区分0.1℃的温差，则0.1℃必须要分配4个灰度级，因此256个灰度级只能显示(256/4)x0.1℃=6.4℃。视场内的高低温差一般都要远远超过6.4℃，通用红外热成像仪解决的办法是把背景滤掉（黑化）而只显示高温目标。全视场测温应用模式下，没有背景显示是无法对测温目标进行识别及定位。全视场红外成像测温系统采用了背景稳定显示技术，在保证高温目标可见的基础上，目标环境都是实时可见的。

本系统是在充分调研的基础上研发的，符合智能电网建设的发展方向，有效提高电力设施温度监测自动化水平，减少人力物力的投入。

六、系统组网方案

系统的组网采用标准的C/S或B/S模式，组网方法如下图所示：

系统应用网络由三部分组成：

?监控中心

?传输网络

?红外监控终端

其中，监控中心和红外监控终端为系统组成部分，传输网络为现有电力通信网络。红外测温终端与监控中心之间的通信采用可靠的TCP/IP方式，各红外监控终端分配独立的IP地址。

红外终端由红外镜头、非制冷红外探测平面、信号处理单元、高精度云台组成。

主要功能是完成视场的热成像，对待测节点的温度预检测，图像数据的TCP/IP传输、云台控制、阈值温度预筛选等功能。红外终端最快可以达到20帧/秒的图像传输能力，可以根据中心处理后台的处理能力来设置红外终端的图像发送频率。机器外形如下：

监控中心管理软件主要功能是给工作人员提供现场监控视频信息，当设备发生故障时，给出声光报警，报告并存储故障位置及其记录的时间、来源、属性及告警等级等信息，工作人员可通过管理软件查看和统计告警历史记录，也可查看和统计设备正常运行历史记录。工作人员不需要面对大量的数据人工去制作温度报表，只要按下按钮，软件自动去完成所有测温目标的温度报表。工作人员也可以视频实时查看目标的温度图像，当对某个目标某个时刻感兴趣时，截下视频中的温度图像，方便以后查看。具体的软件功能请参阅对应的网管软件使用说明。下图是中心软件的基本操作界面及变电站实景红外图像。

七、系统技术参数

红外技术指标：

传感器类型：非制冷红外焦平面VOX

光敏面像素： 384*288

图像帧频： 25帧/秒

测温偏差：不大于3%或3°

温度分辨率： 0.1℃

测温距离：不小于100米（标配镜头时）

通信协议： TCP/IP

带宽： 2M

通信接口： RJ45

外壳防护等级: IP65

测温范围：-20℃～ +200 ℃（可扩展）

环境温度:

运输和储存时的温度： -50 ℃～ +80 ℃

使用时保证性能指标的温度： -20 ℃～ +60 ℃

使用时保证工作的温度： -40 ℃～ +65 ℃环境湿度：湿度不大于 95 ％

供电电源

交流电压: AC 185-245V

功耗：≤ 5W （云台静止时）

≤ 25W（云台运动时）

可见光技术指标

制式： PAL

解像度： 540线

变焦倍数：18倍光学变焦

内置镜头：3.8-85.8mm

对焦：自动/电动/遥控

光圈：自动

最低照度： 0.1LUX

带宽：标清 2M，高清：4M

八、系统出厂清单与系统安装

系统出厂清单包括：

?红外测温系统 1台

?高精度数字云台 1台

?技术说明书 1本

?产品合格证及保修单 1份

?随机软件（光盘） 1张

系统安装简要过程：

在变电站内较高处（对被测温目标形成斜俯视）寻找一个位置，该位置应对变电区域有较好的视野覆盖，将红外终端安装在固定支架上，并把带屏蔽的5类网线直连线与单股双芯电源线（线径不小于0.75mm）布线到控制机房，用胶管对布线进行保护，线长不超过100米。通过中心控制软件即可对终端进行控制。现场安装图片如下：

现场安装图片

变电区可见光图片

附页1：

红外测温巡检系统超温报警检测报告

单位名称*****220KV变电站

间隔名称1#主变压器

天气晴环境温度(℃) -1.0°

实测最高温度(℃) 26°负荷电流(A)

检测时间2010年11月18日12时52分34秒设备距离：50米

检测结果：

1、A相套管 3.4°

2、B相套管 3.2°

3、C相套管 3.0°

处理意见

1#主变压器整体未见温度异常。

备注：

检测人员：审核：批准：日期：