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红外热像仪助力变电站监测解决方案


     

变电压事故故障分析

 事故聚焦        

2016年6月18日凌晨零点二十分左右,位于西安南郊长安区某变电站发生闪爆。附近两公里内可见火光并伴随爆炸声,西安部分区域停电,据报道3名路人不同程度受伤。这起爆炸事故的发生引起了社会各界对变压器爆炸风险的广泛关注。


图1 西安变电站爆炸事故现场


变压器为什么会爆炸?        
变压器是一种利用电磁感应原理,把交流电能转变为不同电压、电流等参数的电力设备。其中油浸式变压器,将铁芯和绕组一起浸入灌满了绝缘油的油箱中,以加强绝缘和改善冷却散热条件。当变压器内部出现严重过载、短路、绝缘损坏等故障时,绝缘油受到高温或电弧作用,受热分解产生大量烃类混合气体,使变压器内部的压力急剧上升,然后导致变压器油箱的结构破坏(初级变压器爆炸)。

初级变压器爆炸后,绝缘油、混合气体和油雾通过变压器油箱破裂口向外猛烈释放。绝缘油从变压器中泄漏,在地面形成液池,被点燃即发生池火。而当泄漏的热解产物混合气体和油雾与空气混合后点燃,就会发生二次爆炸。当这些情况发生在密闭或拥塞区域时,可能会导致强烈的爆炸,并对人员和设备造成威胁,给社会经济带来损失。


图2 变压器爆炸事故现场


故障分类

        正常运行的电力设备,由于电流、电压的作用将产生发热.主要包括电流效应引起的发热和电压效应引起的发热。当电力设备存在缺陷或故障时,缺陷或故障部位的温度就会产生异常变化。从而引起设备的局部发热,假设未能及时发现并及时制止这些隐患的发展,会促成设备故障或事故的发生,严重的会扩大成电网事故。

电力设备发热故障基本上可分为两大类,即外部故障和内部故障,其基本特征如下:
        1)外部发热故障它以局部过热的形态向其周围辐射红外线,各种裸露接头、连接体的热故障,其红外热图显现出以故障点为中心的热场分布。所以,从设备的热图中可直观地判断是否存在热故障,根据温度分布可以准确地确定故障的部位及故障严重程度。

        2)内部发热故障:它的发热过程一般较长,且为稳定发热,与故障点接触的固体、液体和气体,形成热传导、对流和辐射,并以这样的方式将内部故障所产生的热量不断地传递至设备外壳,从而改变设备外表面的热场分布情况。

电力生产包括发电厂内的电力生产环节以及输配电环节。这两个环节的低效导致电力产业的产能难以提高,事故时有发生。

生产环节的问题主要集中在糟糕的基础设施上。设备陈旧,所以能源转化效率低,事故也常常发生。


为什么要使用FC-R红外热成像

热成像原理:

  热成像的第一条原理是·很多组件在故障发生前受热,温度升高”,其次,每个物体都发射肉眼无法察觉的红外光谱热辐射,红外热像仪将这种辐射转化为清晰的热图像,从图像中可以读出温度值,这种非接触式热数据可实时显示在监测器上,也可以发:送到数字存储装置中以便进行分析。

红外热像仪无需光线即可生成图像,能够在设备过热或隔热层: 破损导致故障前侦测到热点,红外热像仪可安装在全天候壳体内, 置于方位/俯仰云台之上,以检测变电站大片区域,由于佳讯具有各种不同焦距的镜头选件,选择范围广泛,因此,这些红外热像 仪支持全天候24/7监测各个位置。
    FC-R 红外热像仪识别电气组件及周围环境(如天空或云)的热信息中存在的温差,并相互对比相同组件的温度值,内置逻辑内存和数据通信允许热像仪使用用户定义的设置对比图像中的温度值,并把温度数据发送至中央监测站进行趋势分析,触发警报,生成异常报告,红外热像仪甚至能通过触发电子邮件信息通知远程办:公室内的设备管理人员发生了异常现象,因此,红外热像仪是变电站设备无人值守监控时的选择。


红外测温仪与红外热像仪的对比

红外测温仪对单点温度测量非常有用,但若是扫描大的区域或部件,则容易漏掉存在故障且需要修理的关键部件。

FLIR红外热像仪可一次扫描整个电机、部件或面板,从不漏掉任何过热风险。同时使用数千个红外测温仪利用红外测温仪,您可以在一个点测量温度。FLIR红外热像仪可测量整个图像上的温度。FLIR FC 的图像分辨率为640x480像素。这就意味着,其相当于同时使用4,800台红外测温仪。以我们的产品FLIR FC-606为例,其图像分辨率为640 x 480像素,也就是307,200像素,相当于同时使用307,200台红外测温仪。


红外检测技术应用中的优点
        1、红外热成像技术的优点
        ① 红外热成像技术是一种被动式的非接触的检测与识别在进行设备状态诊断时具有远距离、不接触、不取样、不触体,又具有准确、快速、直观等特点,实时地在线监测和诊断电气设备大多数故障。从而使红外热成像仪的操作者更安全。
        ②红外热成像技术不受电磁干扰,能远距离跟踪热目标红外热成像技术利用的是热红外线,因而不受电磁干扰,在变电所应用更突出其优点。
        ③ 红外热成像技术能做到24h全天候监控红外辐射是自然界中存在广泛的辐射,而大气、烟云等可吸收可见光和近红外线,但是对3—51xm和8—14txm的红外线却是透明的,这两个波段被称为红外线的“大气窗口” 。因此,利用这两个窗口,可以在无光的夜晚,或是在雨、雪等烟云密布的恶劣环境,清晰地观察到监控的目标。
        ④红外热成像技术的探测能力强,作用距离远。红外热成像仪探测器焦距为500px一无穷远,适用于非接触大面积的遥测。并且温度分辨率高达0.1—0.02℃,测温范围一5O~2000 ℃,应用领域宽,测温精度较高。

       ⑤红外热成像技术能直观地显示物体表面的温度场。不受强光影响红外热成像仪可以同时测量物体表面各点温度的高低,直观地显示物体表面的温度场,并以图像形式显示出来。同时红外热成像仪是探测目标物体的红外热辐射能量的大小,不会出现光晕或关闭,因此不受强光影响。

红外热像仪有助于节约成本

热成像技术可提升变电站的可靠性与安全性,尽管数年来公司一直使用便携式红外热像仪监测变电站设备,但现在不少供电公司正转而永久性安装热成像系统,通过使用自动化红外热像仪与创新软件,高压电气设备在发生故障前通常受热温度升高.使用红外热像仪不断监测高压设备,可避免代价昂贵的故障发生。



低压检测

红外热像仪常用于电气检查。电气连接松脱时,电流受阻,于是可能导致温度增加。这种情况可导致部件故障,进而可能导致计划外停机和人身伤害。此外,故障发生前,电网效率变低,电能便致使热量产生,进而出现不必要的损失。

   

测温系统拓扑图

系统由前端热像传感器(FLIR FC-R)+以太网信号传输+处理服务器组成。



FC-R介绍

变电站FC-R测温 实时监测系统介绍


红外智能在线实时监测系统是集可见光、红外热成像和嵌入式处理技术于一体的实时监控、监测系统,系统可对运行中的变电站设备进行自动巡检、实时监测、自动预警、实时获取设备故障状态的热信息,具有不停电、远距离、安全可靠、检测精度高等特点,实现在线监测和设备状态检修有效的方法。

系统中红外热像仪采集红外热图,并实时测量监控设备的表面温度,通过PAL视频接口、RJ45接口将红外热图及温度数据传输到监控主机,用户可在监控主机上实时观测现场设备的运行情况,同时监控主机可将图像、温度数据压缩,通过网络设备向局域网发送,实现网络实时监控。


系统组成

  本系统分为红外热成像和可见光两部分,自带云台。(该系统通过嵌入式处理技术,对运行中的阀厅内设备进行有效的实时监测和监控,并实现自动巡检、自动预警、实时获取设备故障状态的热信息,系统具有无需停电监测、远距离监测、安全可靠、检测精度高等特点,是实现在线监测和设备状态检修非常有效的方法。FC系列红外热成像测试电力系统的温度,通过设置温度值可在零部件达到设置温度值时发出报警同时可见光可查看具体细节  

      相对传统的防火报警,优势明显。红外热像仪FLIR  FC-R系列, 采用FLIR传感技术,可实现测温,温度报警等功能.。


FC-R系统优势:

1.通过FC-R系列红外热像仪,获得该图中设备的位置及工作温度



1.仪器前端测温技术

可单独工作,由前端热像仪完成测温工作,将红外图像及原始测温数据传输到信息中心或现场工作站,无信号压缩、信号无损失、抗干扰性较强,保证测温数据的准确性、稳定性。


2.实时图像,图像无延时现象

      图像帧率为每秒25帧,完全实时图像,不会出现图像停顿、图像滞后以及跳跃感。避免了在操作人员进行云台转动控制和镜头焦距调节过程中,出现图像滞后导致调节及观测困难的情况。


3.测温较快速 均匀性好

在随着场景的变换过程中,系统总是在瞬间就能得到观察到的场景所有温度,图像均匀性高,不会因为场景的变化而产生测温的差异。



4.系统具有良好的标准性、开放性、集成性、安全性、可扩充性及可维护性

可根据需要方便地进行网络逐级汇接,增减各类站级前端设备等;设备结构紧凑,软件操作方便。

  • PoE(以太网供电)     

  通过一条线缆同时实现通信和供电 标准PoE-IEEE802.3afPSE–在防结冰环境中全面工作   。PoE+–IEEE802.3atPSE支持除冰功能,适用于要求保证100%开机的极寒冷和/或冰冻地区。            

  • IP控制                     

   FC-R系列红外热像仪可集成到现有的任意TCP/IP网络中,并通过广泛的网络设备加以监控,如PC、NVR、智能电话或使用FLIR或第三方的平板电脑。无需辅助线。通过这种配置,即使您远在千里之外,也可以通过网络监控一切活动。直观的网络界面,方便了红外热像仪的控制和调整。                

  • 视频流                        

  拥有H.264、MPEG-4或M-JPEG格式的多信道数据流视频功能。可同时输出数字视频和复合视频。

  • 遮光罩        

  保护热像仪免受阳光和雨水等的侵袭。              

  • 为恶劣环境条件设计                          

  FC-R系列红外热像仪保护等级为IP66。                

  • FLIR传感器管理软件                          

    每台FC-R系列红外热像仪均安装有一套FLIR传感器管理软件。用户可借助这款直观的软件,利用TCP/IP网络管理并控制FC-R系列红外热像仪。


5.   24小时全天候监测,无需光源,零照度、透烟雾、透水雾监测;IP66高防护等级,可在恶劣天气下正常运行

系统能在恶劣的气候环境中正常工作,具有低温环境防护,以及抗高温、高湿度的性能。无论是刮风下雨,酷热潮湿,还是低温寒冷,都可以实现不间断自动监测,保证在北方严寒地区以及南方的高温酷热地区的输变电设备工作状态监测正常进行。

FC-R系统安装实例




FC-R监测效果图

     关键设备状态监测 

  红外热像系统可以对关键位置进行全天候不间断监控。通过设置温度值可在关键设备状态监测到设置温度值时发出报警,同时可见光可查看具体细节温度是反映系统工作状态的重要指标之一,通过监控设备表面的温度分布,即时了解设备的工作状态,一旦系统温度异常,立即报警,避免事故发生。

测温实例图

其它应用领域

     其它主要应用领域包括:油田--监控输油管道是否漏油;煤堆--温度过高是否有自燃现象等等,发电及配电,变电监控站,关键设备监控,天然气处理,输送及存储,存储区防火,火焰检测,煤堆场防火,木材存放区防火,废料存放区防火。