本发明涉及一种基于红外测温变压器带电检测系统及方法。
背景技术：
：变压器是我国电力系统的核心设备，其在电力系统的运行和维护中占有极为重要的地位，一旦发生故障，很容易造成电网的崩溃，影响生产和生活，造成巨大的经济损失，因此只要能及时的发现变压器的故障并成功的修复，就可以极大地提高电力系统运行的稳定性，而普通的预防性检修和定期检修都是需要停电检修的，这将降低供电的可靠性和经济性，因此使用可以在不断电情况下带电检测的方法就显得很有必要了。现在常用的红外测温方式是采用手持式热像仪定期对电力设备进行人工巡检，这种方式检测人员工作量大，而且近年来电力系统发展迅速，电力设备较多，有些变电站还建在深山中，这就造成了巡检人员容易疲劳，增加了工作的不安全性，本发明能够实现设备现场的每天定时自动巡检，易于及时发现过热性缺陷的设备，且手持式热成像仪只能人工判断是否有故障，因此本发明能够通过红外平面探测器使用故障算法直接判别故障并预警。技术实现要素：本发明为了解决上述问题，提出了一种基于红外测温变压器带电检测系统及方法，本发明使用控制器控制阵列式探测器的快门时间以及镜头的聚焦动作，使用故障识别算法对变压器中可能发生的故障进行预警，并将其在图像成像时标示出来。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于红外测温变压器带电检测系统，包括红外平面阵列探测器、控制器和上位机，所述控制器控制红外平面阵列探测器的快门时间，以及镜头的聚焦动作，同时接收红外平面阵列探测器采集的信号进行数模转换得到数字电压信号，并对其进行滤波，将数据缓存到存储器中，所述上位机读取滤波后的数据，使用故障识别算法对变压器中可能发生的故障进行预警，并将其在图像成像进行标示。所述红外平面阵列探测器包括多个微测辐射热计，改变敏感元自身温度来感知红外辐射，所述微测辐射热计设置在内壁为黑体的真空腔中。所述微测辐射热计的桥面为能够吸收红外辐射的热敏材料制成，其阻值与自身温度有着近线性的关系。所述红外平面阵列探测器还还设置有读出电路，对感应的信号进行预处理，按时序读出。所述红外平面阵列探测器采用金属微杜瓦封装形式，管壳的顶部嵌入抗反射锗窗，加入半导体热点稳定器。控制快门时间是由控制器通过控制电机来控制机械快门的开关时间，聚焦是在控制芯片通过控制电机改变焦距，在图像聚焦算法下选取一个最佳焦距。一种基于红外测温变压器带电检测方法，控制器控制红外平面阵列探测器的快门时间，以及镜头的聚焦动作，红外平面阵列探测器采集变压器的红外数据，控制器接收红外平面阵列探测器采集的信号进行数模转换得到数字电压信号，并对其进行滤波，将数据缓存到存储器中，上位机读取滤波后的数据，使用故障识别算法对变压器中可能发生的故障进行预警，并将其在图像成像进行标示。所述故障识别算法为：设置一个检测区域的最高温度作为阈值，一旦超过这个阈值，则认为变压器发生故障，不使用相对法判别，并且识别故障大致位置，保存数据，如果没有温度超标，则采用相对温度判别法对检测区域中不同位置进行判断，判别报警类别，若判断类别存在故障，则发出报警提示并保存故障信息。所述故障识别算法为绝对温度判别法，根据温度超标的程度、设备负荷率的大小、设备的重要性和设备承受机械应力的大小来确定设备缺陷的性质。所述故障识别算法为相对温度判别方法，计算在红外检测中两个对应的测温点之间的温差与其中较热点的温升之比的百分数。所述故障识别算法为同类判别方法，利用三相电流对称和三相设备相同，根据偏差的大小就可以判断故障是否存在以及其严重程度和性质。本发明的有益效果为：本发明使用基于微测辐射热计的非制冷红外焦平面阵列探测器读出电路产生的电压信号，通过故障检测算法，来进行实时的判断变压器的工作情况，在可能出现故障前进行预警，实现带电检测。并且可以初步判断故障发生位置，在经过图像处理后标示出来，给人以直观结果，为之后的检修提供可靠的信息。附图说明图1(a)、(b)为不同辐射源的光谱分布示意图；图2为整体结构架设框图；图3为故障预警算法流程图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。1、红外测温的工作原理红外辐射源根据光谱分布的不同可以分为两类：一种称为热辐射体，其光谱分布的曲线是连续的，如灼热的固体或液体；另一种是选择性辐射源，其光谱分布是离散的，如气体中的电气放电或火焰，此时其红外辐射能会集中在一些狭窄的区间中，分布呈现为带状或线状，如图1。当物体温度高于绝对零度时，由于热运动的存在，就会向外以电磁波的形式辐射能量，其辐射的能量包括了各种波长，波长在0.76μm～1000μm之间的称为红外线，红外检测的基础是普朗克的黑体辐射定律，黑体是指吸收所有的红外辐射，没有能量的反射和透射，其表面发射率为1，即不向外辐射能量，其与波长的关系有：Mλ从为黑体光谱辐射通量密度；c1,c2为辐射常数；λ为光谱辐射的波长；T为黑体的绝对温度。由公式可知，物体温度越高，辐射能力越强，即在对电力设备进行测温时，所得到的红外辐射越强的地方，温度也就越高。2、微测辐射热计的工作原理微测辐射热计是通过改变敏感元自身温度来感知红外辐射的，他利用了红外线的热效应，多个微测辐射热计组成一个阵列，其工作在内壁为黑体的真空腔中，远处的红外辐射通过红外透镜成像聚焦到微测辐射热计上，因为其桥面是由能够吸收红外辐射的热敏材料制成，其阻值与自身温度有着近似线性的关系。红外探测器的读出电路，主要功能是对红外探测到其感应的微弱的信号进行预处理，滤波，抑制噪声，放大信号，缓存起来，最后按一定时序读出。微测辐射热计接收到目标的红外辐射引起自身温度的变化，随之自身电阻也发生改变，即相比于基准电压其电压也发生了改变，通过积分放大电路可将其微弱信号放大，然后通过采样保持电路及选通控制、A/D转换成数字信号输出。为了使得微测辐射热计有着搞得响应率，要求其工作环境处于高度真空中，以最大程度降低其空气热导，所以普遍采用金属微杜瓦封装形式。由于焦平面阵列是在室温环境下使用，要求尽量减少红外辐射的散失，使有限的红外信号得到充分的利用，其次要求维持各个探测元自身基准温度的稳定和一致，提高其探测灵敏度，改善焦平面阵列的成像性能，并且要有利于散出芯片长期工作所产生的热量，维持其长期稳定运行。因此在管壳的顶部嵌入抗反射锗窗，加入半导体热点稳定器，加强红外吸收，减小热噪声，提供了稳定均匀的工作温度。如图2所示，此种方法预计采用FPGA+ARM的架构，其具有着便携性、低成本、易于开发、处理能力强等优点。使用FPGA给出快门电机的控制信号从而控制快门时间，以及镜头的聚焦动作，并且对微测辐射热计探测器经数模转换得到的数字电压信号进行滤波处理，以及数据的传输，将数据缓存到存储器中。采用ARM模块与FPGA通信，将处理好的数据读取出来，使用故障识别算法对变压器中可能发生的故障进行预警，并将其在图像成像时标示出来。3、变压器的故障预警算法常用的红外诊断的三种方法：(1)绝对温度判别方法根据测得的温度数据，对照GB763_90《交流高压电器在长期工作时的发热》的相关规定，可根据温度超标的程度、设备负荷率的大小、设备的重要性和设备承受机械应力的大小来确定设备缺陷的性质。判断方法如表1所示。表1绝对温度判别表故障类别表面温度温升相对误差危机热缺陷>90>75>55严重热缺陷>75>65>50一般热缺陷>60>30>25(2)相对温度判别方法，相对温差指的是在红外检测中两个对应的测温点之间的温差与其中较热点的温升之比的百分数。相对温差δ由下列公式给出：式中τ1和T1表示发热点的温升和温度；τ2和T2表示正常相对应点的温升和温度；T0表示环境参照体的温度。对于电流致热型设备在测得所检测区域的温度后，按照公式2计算出相对温差，在由表2来判断设备的缺陷程度和性质。表2部分电流致热型设备的相对温差判据(3)同类判别方法在同一个电气回路中，若三相电流对称和三相设备相同，则可以比较三相电流致热型设备对应部位的温升值，理论上他们的温升应该是相同的，不会存在较大偏差，因此根据偏差的大小就可以判断故障是否存在以及其严重程度和性质。这里采用绝对温度判别和相对温度判别，首先设置一个检测区域的最高温度作为阈值，一旦超过这个阈值，则认为变压器发生故障，无需相对法判别，并且识别故障大致位置，保存数据。如果没有温度超标，则采用相对温度判别法对检测区域中不同位置进行判断，判别报警类别，若判断类别存在故障，则发出报警提示并保存故障信息。流程图如图3。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。当前第1页1 2 3