封闭式屏柜红外在线监测及预警
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摘 要：随着物联网技术在电力行业应用越来越广泛，变电站运维模式开始向智能化运维和无人值守转变。文章以封闭式变电二次屏柜为目标载体，公布了一种封闭式屏柜红外在线监测及预警装置，可作为变电站智能化运维模式前期探索研究。
关键词：封闭式屏柜;红外;在线监测
中图分类号：TM591 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）07-0057-02
Abstract： As the Internet of things technology is more and more widely used in the power industry， the substation operation and maintenance mode begins to become intelligent in operation and maintenance and unattended. Taking the closed secondary screen cabinet of substation as the target carrier， this paper publishes a kind of infrared on-line monitoring and early warning device of closed screen cabinet， which can be used as the preliminary exploration and research of intelligent operation and maintenance mode of substation.
Keywords： enclosed screen cabinet; infrared; on-line monitoring
目前，电力一次设备红外监测技术应用已较为成熟广泛，但对于动力电源箱、控制箱、控保屏柜等封闭式变电屏柜中的开关、端子、装置元件等部件，仍然需要通过运维人员手持红外测温的方式进行温度测量，需要投入较大的人力成本。当屏柜内的部件发生发热缺陷时，运维人员既不能及时发现，又不能开展实时跟踪监测和预警，可能导致屏柜内发热点恶化，进而导致设备跳闸、屏柜起火等严重事故，存在较大的安全隐患。
1 封闭式变电屏柜常见问题及运维需求情况
1.1 设备运行情况与问题分析
封闭式变电二次屏柜主要指带有常闭柜门的动力电源柜、配电屏柜、控保屏柜等，由于屏柜内部的电源回路电流较大，当出现空气开关缺陷、接线端子松动等情况时，由于接触电阻增大，将导致开关、端子异常发热，或故障的元器件温度异常升高。
目前，封闭式屏柜需要人工开展红外巡视工作，方能发现屏柜内元器件、端子发热情况，“人巡”模式效率较低，且由于二次屏柜红外巡视周期较长，常见为每月一次，运维人员对于元器件或端子发热情况不能及时发现，也无法通过温度数据分析预判设备异常发热缺陷，一旦发生快速恶化的发热缺陷，可能导致电源回路开路甚至屏柜起火等故障。
1.2 技术难点分析
目前，基于红外成像技术的变电二次屏柜温度自动检测装置相对稀缺，究其原因，主要有以下三个方面：
（1）封闭式屏柜的柜门处于常闭状态，由于柜门遮挡，无法使用常规的自动化红外巡视装置进行红外巡视与发热点实施监控。
（2）红外镜头处于屏柜内部时，与被测元件之间距离较短，红外镜头视角小，覆盖面有限。
（3）单个镜头无法多角度覆盖监测，监测点存在测温盲点;目前市场上尚无针对变电二次屏柜的多镜头组合式测温装置。
2 封闭式屏柜红外在线监测及预警装置
封闭式屏柜红外线在线监测及预警装置，是一种基于微型红外传感器技术，并配套数据整合、传输、分析技术的新型装置，该装置能够方便快捷采集屏柜内部元器件、端子的温度数据，并将数据实时传输至后台软件系统，当屏柜内元器件温度出现异常后，后台分析软件可及时触发报警信号，提示运维人员开展进一步检查。装置结构示意如下图2。
2.1 分布式紅外数据采集模块
该模块由可拔插数据线连接的多个角度可调节的微型热像仪，组成图像监测镜头组件，实现对二次设备内部多个位置、多个角度、较大面积区域的红外监测功能，从而解决单个红外镜头成像监测面积小、角度存在盲点的问题。为满足测温要求，经过市场产品选型，最终确定选用了MLX90640BAB型微型红外成像摄像头，该摄像头视场角度为55*35度，测温范围-40℃～200℃。
微型热像仪包括设置在柜体内的多个万向磁力表座，热像仪设置在万向磁力表座的第二旋转臂的末端，每个所述万向磁力表座上均设置有调节系统。通过调节系统达到调节温度传感器的位置的目的，从而实现了将温度传感器设置在需要重点监控的电子部件的目的，实现了精确监控，重点监控，精确定位的技术效果，对柜体内的温度进行精确监控。
2.2 数据处理模块
数据处理模块采用单片机设计，可实时采集、存储各个红外传感器采集的温度数据，并进行初步计算分析，当采集量异常时，可发出预警信号。数据处理模块还通过计时单元控制红外传感器测量周期，并通过数据接口向后台分析平台传输数据，通过平台设定装置相关参数。数据处理模块与4个红外传感器之间采用拔插式接头连接，用于提供传感器工作电源和获取传感器数据，同时设有装置总电源接口和数据线接口。
数据处理模块采用单片机设计，可实时采集、存储各个红外传感器采集的温度数据和图像，在模块中实现轮换覆盖式存储，并通过无线数据传输模块，将数据实时传输至后台软件。 数据处理模块还能够接受和反馈后台软件设定的红外传感器信号采集频率，并通过计时单元控制各传感器工作周期。
此外，数据采集模块集成有电源驱动，一方面通过连接220V电源的适配器或蓄电池供电，一方面通过拔插式数据线连接各红外传感器，为其提供动力电源。
2.3 信号传输模块
封闭式屏柜红外线在线监测及预警装置的红外传感器和数据处理模块安装于封闭式屏柜内部，并通过磁吸底座固定于柜门内壁。由于变电二次屏柜的柜体设计有信号屏蔽层，要实现无线信号传输，需要将无线信号传输模块置于封闭式屏柜外侧，室外屏柜可配备防雨罩，无线传输模块通过拔插式数据线连接数据处理模块，实现发信与收信功能。
2.4 后台分析软件
封闭式屏柜红外线在线监测及预警装置配套后台分析软件，该软件在windows系统环境下运行，可安装于巡视人员的随身平板电脑。软件人机界面设计简洁，操作简单，通过无线网获取和存储数据处理模块采集的数据后，用户可在软件界面完成数据详细分析，或通过设定报警阀值，实现自动报警功能。
软件提供了参数设置窗口，当前端装置与后台软件连接后，可在软件界面设置各传感器的启动周期，或发布开启、关闭、实时启动或数据、图像现时传输的命令。
3 创新点及应用前景
3.1 创新情况分析
封闭式屏柜红外在线监测及故障预警装置主要创新点如下：（1）首次成功研制出了一套多传感器组合式红外监测装置，解决了目前技术条件下，单个微距红外传感器成像面积过小、角度存在盲点的问题;（2）装置具有很强的实用性、针对性和专业性，能够装置基于智能传感技术，实现封闭式屏柜内部元器件运行温度数据的采集和监测预警功能，从根本上解决了封闭式屏柜内部元器件温度无法实时监测的难题。将封闭式变电二次屏柜的运维模式由“人巡”、“周期巡”升级为“机巡”、“实时巡”，为今后实现变电站设备智能运维提供了一定的技术参考。
3.2 应用前景
封闭式屏柜红外在线监测及故障预警装置首次实现了二次屏柜内部多面组合式红外温度监测与故障预警，做到了从“人巡”到“机巡”的转变。装置安装方便，操作简單，软件人机界面友好，具有很强的可操作性，易于运维人员上手，使用后可大大节省设备运维人力成本，同时提高二次屏柜设备的运行可靠性，为设备和电网安全稳定运行提供保障。封闭式屏柜红外在线监测及故障预警装置可以自主生产并投放于市场，具有较好的经济效益和社会效益，具有很强的推广性及应用价值。
参考文献：
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[3]蔡远，陈玉霞.红外传感器技术的应用研究[J].电子制作，2017（8）：14.
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