變電站熱像在線測溫系統(tǒng)模型構(gòu)建及溫度修正-建筑電氣2012.8

變電站熱像在線測溫系統(tǒng)模型構(gòu)建及溫度修正
殷晶晶 吳 波 王 庫 (中國農(nóng)業(yè)大學信息與電氣工程學院，北京市 100083)
M odel Construction and Temperature Correction of Thermal Imaging
Online Temperature M easurement System of Substation
Yin Jingjing Wu Bo Wang Ku(College of Information and Electrical Engineering，
China Agricultural University，Beijing 100083，China)
Abstract The thermal imaging online temperature 前對不同的電氣設(shè)備已經(jīng)提出了眾多電氣量在線監(jiān)測
measurement system is introduced and the system model 方法 _7， 。與此同時，電氣設(shè)備正在由傳統(tǒng)的計劃維
is constructed． On the basis of infrared theory， 修轉(zhuǎn)向預(yù)知的狀態(tài)維修 ．由于紅外檢測技術(shù)具有不接
corresponding improvement measures for major factors 觸 、不停運 、不取樣、不解體的優(yōu)點，是適合電力設(shè)
affecting the precision of temperature measurement， 備診斷預(yù)知故障的重要途徑。
including emissivity of electrical equipment， ambient 本 文 結(jié)合 紅 外 探測 器 的特 征參 數(shù) ，以法 國
temperature and atmospheric transmissivity are given． ULIS公司的 Photon 320微測輻射熱計探測器為基礎(chǔ)．
And its effects are verified in actual application．
闡述 自主研發(fā)的紅外熱像儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。由于早期
Key words Infrared temperature measurement
紅外熱像儀在不 同環(huán)境溫度下存在測溫整體偏移問
Image monitoring Online monitoring Temperature
題 [3 3，本文依據(jù)遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的紅外測溫技術(shù) ，
measurement model Temperature co~ection Electrical
從測溫原理出發(fā)。在原有測溫方法精度不夠的情況
equipment
下，提出新的補償算法，分別通過電氣設(shè)備發(fā)射率 、
大氣透射率、環(huán)境溫度的實驗得到相應(yīng)補償溫差的參
摘 要 簡要介紹 變電站熱像在線測 溫系統(tǒng) ，
數(shù)及曲線 ，為實現(xiàn)電氣設(shè)備的實時 、遠程狀態(tài)監(jiān)測
在此基礎(chǔ)上構(gòu)建系統(tǒng)測溫模型 ，從紅外理論 出發(fā)對
提供了條件。
影響測溫精度的主要 因素 (電氣設(shè)備發(fā)射率、環(huán)境
1 變 電站熱像在 線測溫 系統(tǒng)總體設(shè)計 與
溫度及 大氣透射率)提 出相應(yīng)改進措施 ，并通過實
實現(xiàn)
際應(yīng)用驗證其效果
變電站熱像在線測溫系統(tǒng)主要包括網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)
關(guān)鍵詞 紅外測溫 圖像監(jiān)控 在線監(jiān)測 測
器、網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路 、用戶監(jiān)控端三部分。主控端視頻
溫模型 溫度修正 電氣設(shè)備
服務(wù)器負責圖像數(shù)據(jù)的采集、發(fā)送功能，主要基于
TMS320 DM355平臺的嵌入式開發(fā)實現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集到
0 引言
服務(wù)器后 ，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路對多媒體數(shù)據(jù)進行傳
為了保障電網(wǎng)的運行安全 ，提高供電質(zhì)量 ，人 輸 ．最后通過用戶監(jiān)控端將接收到的數(shù)據(jù)解碼 ，并進
們致力于變電站監(jiān)視、控制和保護系統(tǒng) 的研究與開 行圖像顯示 、圖像測溫及報警反映、圖像配準并返回
發(fā) ，并輔以各種手段保障電氣設(shè)備的運行安全 。目 圖像數(shù)據(jù)等。
作者信息
殷晶晶，女，中國農(nóng)業(yè)大學信息與電氣工程學院，研究生。
吳 波，男，中國農(nóng)業(yè)大學信息與電氣工程學院，研究生。
王 庫，男，中國農(nóng)業(yè)大學信息與電氣工程學院，教授，博士生導(dǎo)師。
變皇塑墊堡壅簍 墨墨 塑 墨墨 星墮至 墼 一墨曼～生 —一
http：／／WWW．jzdq．net cn 52k?！?紅外熱像儀的光學系統(tǒng)增益；
紅外探濺器熱值獲取
tr。(A)—— 光學系統(tǒng)的光譜透射率；
I
4 —— 探測器的接收光敏面面積，m ；
對每幅圖像熱值的
)—— 在工作波段 8～14 m內(nèi)距離紅外系
最大值、最小值進符歸一化處理
統(tǒng) 處的大氣透射率的平均值 ：
l
設(shè)備發(fā)射率 (A，T)的平均值；
— —
求褥凰像的8位灰度值陣列
設(shè)備溫度 ，℃：
— —
』
環(huán)境溫度，℃。
— —
‘
數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸 由于物體溫度與電壓信號為一一對應(yīng) 的正比關(guān)
』 系，另K =盧 (A)×k ×r0(A)×Aa，令 ／K
_廠(To)，由此可得溫度 一 電壓公式 ：
=
用戶端熱值巔潦
／(To)=Ta( )[ 。f(T)+(1一 )l廠( )] (3)
』
式中： ——所測得的溫度值，℃。
擬岔熟值一 溫度曲線 由于探測器的輸出信號電壓與所接收的輻射功率
l 成正比，又因為輻射功率根據(jù)選擇的波段不同．與被
測 目標溫度的不同次方成正比。因此，一定波段的輻
建立紅豁髑像像襄
秘溫度值鼢綴關(guān)系 射功率可進一步表示成：
J Mxb(T)dA=廠( )
圖 3 紅外測溫流程
Fig．3 Flow chart of infrared temperature measurement
= k3 T (4)
式中：k，—— 常數(shù) ；
理計算及標定時，首先設(shè)定一種具有最大輻射功率的
m—— 根據(jù)不同的波段選擇不同的值。
物體模型 —— 黑體 (指在任何溫度下能夠吸收任意
由上面兩個式子可得黑體溫度：
波長入射輻射的物體，反射率和透射率均為 0，吸收
率為 1)。由普朗克公式 ，一個絕對溫度為 (K)的 Tom=Ta( )[ T +(1一 ) ] (5)
黑體 ，單位表面積在波長 A ～A。范圍內(nèi)向整個半球 綜上可以得出。被測物體表面的真實溫度 的
空間發(fā)射的輻射功率為： 計算公式 ：
M( = C1 [ dA (1) { [— 一(1一 ]) c6，
式中：C，—— 第一輻射常數(shù) ，C =3．741 5×10
目前所知的紅外測溫的方法大多是根據(jù)上述公式
W ·1TI一?！?m ；
推導(dǎo)求得，由公式可知，影響測溫精度的幾個主要因
第二輻射常數(shù) ，C2=1．438 79×10

在2012年8月期的《建筑電氣》雜志中，有一篇文章詳細闡述了變電站熱像在線測溫系統(tǒng)的建模與溫度修正方法。該文章針對變電站這一電力設(shè)施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，研究了如何利用熱像技術(shù)對電氣設(shè)備（如變壓器、斷路器、母線等）在運行狀態(tài)下進行非接觸式、實時的溫度監(jiān)測。 文中首先介紹了熱像儀的工作原理和變電站內(nèi)設(shè)備的典型熱像特征，通過搜集設(shè)備表面溫度分布數(shù)據(jù)，建立了基于熱像輻射傳輸方程的數(shù)學模型，以模擬設(shè)備在不同負荷條件下的溫度響應(yīng)。這涉及到黑體輻射理論、大氣透過率校正以及紅外輻射測量等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。 隨后，文章著重討論了溫度修正技術(shù)，包括環(huán)境溫度影響、光學透過率誤差、熱像儀響應(yīng)函數(shù)不準確等因素的補償措施，旨在提高熱像測溫結(jié)果的精度和可靠性。通過對歷史數(shù)據(jù)的學習和分析，提出了自適應(yīng)或機器學習算法來動態(tài)調(diào)整溫度修正參數(shù)，確保在各種工況下都能得到準確的設(shè)備實際運行溫度。 綜上所述，這篇論文為變電站熱像在線測溫系統(tǒng)的實際應(yīng)用提供了科學的理論指導(dǎo)和技術(shù)支持，對于保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。