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红外热像在线测温系统的设计与实现

现代电子技术 孙帅 杨星?? 2009年11月30日 ?? 收藏0

  0 引 言

  在供电网络发展极为迅速和网架结构日趋合理化的今天,国家对电力系统供电可靠性的要求越来越高。红外热像测温技术在电力工业设备状态检测领域得到了广泛的应用。但红外热像图数据的大容量与传输方式有限性之间的矛盾也越来越突出,而发展到目前,中国移动强大的GPRS无线通信网络为这一问题提供了很好的解决方案。因此,研究输电线路红外热像在线测温是一项迫切而艰巨的任务。

  输电线路红外热像在线测温系统运用先进的红外热像技术,对输电线路运行温度进行状态在线监测;利用已有的GPRS无线通信网络实现热像图数据的传输,具有覆盖面广,无需增加传输设备和线路的特点,特别适用于无法架设线路的偏远地域的输电线路场合。系统图像采集与传输终端由红外热像图采集模块、图像数据压缩模块、GPRS网络通信模块、图像数据传输模块和太阳能供电装置等组成,其中图像数据压缩模块采用JPEG硬件压缩编码技术,对静态图像进行压缩编码,最大限度地减少了网络传输的数据量,节省了网络资源,提高了图片的传输速度。为了解决设计中的高速率图像采集、压缩控制与数据传输速度相对较慢带来的变速率采样问题,系统硬件结构采用微控制器加可编程逻辑控制芯片(MCU+CPLD)的方案,各项子功能由标准通用模块完成,降低了系统复杂度,提高了系统整体性能,用户可以利用PC机通过Internet上实现热像图的远端采集与现场监控。

  1 红外热像技术在输电线路温度监测中的应用模型

  1.1 红外热像技术简介

  红外热像技术是探测输电线路中各种电气设备表面辐射的不为人眼所见的红外线的技术。它反映设备表面的红外辐射场,即温度场。并根据设备表面的温度场,测量设备某一部分的平均温度。是一种被动的、非接触式的检测手段。红外热像仪就是利用该技术制作而成的检测设备,目前已在电力设备故障诊断领域得到广泛应用。其简单工作示意图如图1所示。

简单工作示意图

  1.2 红外热像技术在输电线路温度监测中的应用

  输电线路的温度信息可以通过红外图像进行有效反映。红外成像是惟一一种可以将热信息瞬间可视化,并加以验证的诊断技术。红外热像仪可揭示热故障,并通过非接触温度测量加以定性分析,在专业的红外分析软件的帮助下,数秒内便可自动完成分析报告。

  所有利用或者发射能量的设备在发生故障前都会产生发热现象。保证电气设备运行可靠性的关键便是对能源的有效管理,而红外热像技术已成为预防性维护领域最有效的检测工具,它能够在设备发生故障之前,快速、准确、安全地发现故障。在电气接点发生故障之前及时发现并进行维修,可以避免输电线路因高温热故障造成断电掉电所带来的高昂代价。

  红外热像仪能够正确引导预防性维护专家对电气设备的运行情况进行准确判断。可以将测量温度值与历史温度进行比较,或者与相同时间同类设备的温度读数进行比较,以准确判断是否发生了显著的温升,是否会导致部件失效,带来生产隐患。主要用于电力预防性维护等用途。特别是用于输电线路预防性维护、检测方面,具有很大的优越性。

  2 输电线路红外热像在线测温系统的实现方案

  2.1 系统的工作原理

  安装在输电线路现场的前端采集终端利用高精度数字式温度传感器对环境温度参数值进行采集;利用高精度红外热像仪对准需要进行温度监测的电气设备。前端系统定时地采集到各种电气设备有关温度分布的热像图后,将数据传送给电路系统,电路系统经过分析处理后将热像图进行压缩和打包处理,然后通过GPRS无线网络的方式发送到监控中心的计算机数据服务器上。数据服务器安装相应的应用软件程序进行数据的自动处理,主要完成热像图的接收与解压还原,之后以图像和图形的形式将各种电气设备的温度分布情况直观的显示在客户端,不同温度以不同颜色显示。系统结合数据软件系统和各种修正理论模型分析各种电气设备存在的热缺陷和故障状态,及时给出诊断信息,有效预防输电线路高温热故障的发生。系统集成了环境温度在线监测和输电线路温度分布的在线红外热像监测等,并借助现有中国移动强大的GPRS无线通信网络进行实时数据传输,实现了对输电线路温度状态的监测。

  2.2 系统的结构

  整个监控系统主要分为两个部分:图像采集与传输终端(前端);监控中心计算机数据服务器(中心端)。在系统构成上可分为上位机(监控中心计算机数据服务器)和下位机(图像采集与传输终端)两大部分。计算机数据服务器负责对图像采集与传输终端进行管理和控制,处于管理层次的上层,因此称为上位机。图像采集与传输终端处在数据中心的控制下,负责对数据进行采集和传输,处于管理层次的下层,因此称为下位机。系统结构如图2所示。

系统结构

  图像采集与传输终端包括以图像采集芯片处理器为核心的图像采集与JPEG压缩部分和GPRS网络传输部分以及红外报警部分。图像采集部分由视频A/D芯片实现模拟图像的数字化转换,使用专用芯片实现JPEG图像压缩编码。GPRS无线网络传输部分由专用GPRS模块实现网络传输功能,它与图像采集部分的接口是通用异步串行接口(UART)。红外报警部分实现输电线路温度出现异常状况的报警功能。下位机主要实现输电线路现场原始图像的采集和压缩以及压缩图像数据的GPRS无线信道传输,这些功能都由相应的软件支持系统实现。

  服务器包括硬件和软件,硬件为具有公网IP地址的计算机,软件即为服务器程序,由服务器程序实现GPRS网络传输模块和中心间的命令传递和数据传输。监控中心计算机数据服务器也包括硬件和软件部分。硬件为一台能接入Internet的计算机,软件为监控程序,电脑的网络状态为公网、动态IP。在这里特别指出,因为监控中心端满足服务器的网络要求,所以该系统将服务器和监控中心端放到一台计算机上,以节约硬件和网络资源。上位机主要实现压缩图像数据的接收及解码和接收图像数据的数据库保存和处理。


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