潘伟平贾楠王剑
（国网浙江仙居县供电公司）
摘要：红外矩阵区域测温预警系统红外矩阵区域测温预警分析装置是一套分层分布式在线测控装置。装置主要由红外阵列传感器、红外区域温度采集器、通讯管理机和上位机装置组成。它集红外测温技术、计算机网络技术、现代通信网络技术、嵌入式技术、图像处理算法、智能信息处理算法等先进技术于一体，为电力设施的温度在线监测和故障诊断提供有力保障。本文从红外矩阵区域测温预警系统的装置构成、结构设计要求、核心装置等方面进行论述，对其后续应用进行展望。
关键词：红外传感器；红外区域温度采集器；通讯管理机；上位机装置
一、引言
高压输电线、变配电设备等在电力系统中有着极其重要的地位，一旦出现故障，会造成巨大财产损失及不良社会影响等严重后果。电力设备故障一般是由于过流、过载、老化、接触不良、漏电、设备内部缺陷或其他异常导致的，且上述故障一般都会伴随有发热异常现象，通过监控设备表面温度变化就能基本判定设备的运行状态。
二、背景技术
随着科学技术的发展，红外测温技术由于具备非接触测温的能力，对设备缺陷具有很强的诊断和预警能力，迅速成为电力设备温度监测的首选技术。目前，电力系统对电力设施表面温度的监测都是安排工作人员定期使用手持式红外热像仪进行巡检。这种方式中工作人员须在规定的安全距离外将红外热像仪对准被测设备，操作费力工作量大，且不能做到实时监测。
所以，如何提出一种能够操作简便，节约人力物力的安全有效的测量电力设施温度并预警的智能化装置，是本领域有待解决的问题。
三、结构设计要求
红外矩阵区域测温预警分析装置综合了红外非接触方式和红外热成像技术两种红外测温方式的优点，采用点面结合方式，创新的开发出用红外阵列传感器进行区域测温，实现对视场内物体表面温度分布的热图像或是目标区域不同点的温度读数，能满足电力设备的多点温度检测的需要，并且体积小，易集成。
1、装置技术要求
采用了以太网通讯技术、微处理器技术、红外非接触式阵列传感技术等先进科学技术，可在线对关键点区域温度自动监测，超温预警。
2、上位机装置
（1）上位机装置由控制柜、嵌入式BOX-PC、显示器、UPS、打印机、温度显示大屏和无线短信报警器等硬件组成。
（2）上位机将通讯管理机送来的数据进行实时显示，超温报警，同时生成数据库。
（3）上位机具备强大的数据和图形处理功能，分析功能，能生成各个监测对象视场温度分布图，区域温度的历史趋势图以及用户需要的各类图形和统计报表。
（4）操作人员能十分方便地完成历史数据查询和报警记录查询，进行报表打印和远程控制操作，同时具有与企业网络相连的接口，可进行WEB浏览。
3、红外区域温度采集器
（1）红外区域温度采集器主要由单片机、LCD彩色液晶屏、和报警输出、以太网通讯端口等组成。
（2）能实时显示被测区域面的最高温度值，最低温度值和平均值、视场温度分布值。
4、通讯管理机
通讯管理机是连接红外区域温度采集器与上位机装置的纽带，是装置核心，收集各红外区域温度采集器采集的温度数据并打包上传到上位机，并能通过上位机完成各区域温度采集器IP地址的设定修改。
四、核心装置设计
（一）本装置的关键部分为红外阵列传感器。
1、采用16×4像素数字有源热电堆阵列传感器封装，集成了信号的处理和存储，每个像素都对应有低噪声斩波放大器和高速ADC（模数转换器），可覆盖-20摄氏度～300摄氏度的温度范围，提供0.5-64赫兹的帧速率。
2、在0摄氏度－50摄氏度温度范围内使用时可保持±1.5摄氏度的精确度。视场为60度x15度。
3、可以将每个像素的测温结果存于RAM中，外部单片机可通过I2C总线获取不同地址RAM中的数据，以建立热图像或计算图像中每点的温度。装置和系统结构图如下所示。
（二）特点及适用范围
红外阵列传感器具有体积小，易安装；测温范围广、误差小；测温精度高，响应快等优点，适合于电力开关柜断路器、电机轴承、电机绕组、变压器绕组、UPS或其它电气接头处的温度实时在线监测。
（三）数据通信方式
1、红外阵列传感器与红外区域温度采集器之间采用I2C通讯。
2、红外区域温度采集器与通讯管理机采用以太网通讯。
3、通讯管理机与上位机装置采用以太网通讯。
五、总结
该装置通过云台若干预置位的设置实现全视场成像，从而覆盖视场内所有电力设备，达到能见即能测的目的；通过距离估算、目标识别等技术，结合先验数据实现温度数据的校正，有效提高温度测量精度。红外温度图像通过以太网络实时传输到监控终端，用户可通过终端监控界面中的实时视频及系统参数了解现场设备温度运行状况，当设备由于故障出现温度上升时，系统声光报警，并自动生成设备运行报表，提供详细图表报告，为设备故障的及时排除提供有力保障。该设备的应用能大大降低传统设备维护人员的工作压力，促进电网运行自动化和智能化的建设，有效推动智能电网的发展。
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