变电站热像在线测温系统模型构建及温度修正-建筑电气2012.8

变电站热像在线测温系统模型构建及温度修正
殷晶晶 吴 波 王 库 (中国农业大学信息与电气工程学院，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 前对不同的电气设备已经提出了众多电气量在线监测
measurement system is introduced and the system model 方法 _7， 。与此同时，电气设备正在由传统的计划维
is constructed． On the basis of infrared theory， 修转向预知的状态维修 ．由于红外检测技术具有不接
corresponding improvement measures for major factors 触 、不停运 、不取样、不解体的优点，是适合电力设
affecting the precision of temperature measurement， 备诊断预知故障的重要途径。
including emissivity of electrical equipment， ambient 本 文 结合 红 外 探测 器 的特 征参 数 ，以法 国
temperature and atmospheric transmissivity are given． ULIS公司的 Photon 320微测辐射热计探测器为基础．
And its effects are verified in actual application．
阐述 自主研发的红外热像仪的系统结构。由于早期
Key words Infrared temperature measurement
红外热像仪在不 同环境温度下存在测温整体偏移问
Image monitoring Online monitoring Temperature
题 [3 3，本文依据远程视频监控系统的红外测温技术 ，
measurement model Temperature co~ection Electrical
从测温原理出发。在原有测温方法精度不够的情况
equipment
下，提出新的补偿算法，分别通过电气设备发射率 、
大气透射率、环境温度的实验得到相应补偿温差的参
摘 要 简要介绍 变电站热像在线测 温系统 ，
数及曲线 ，为实现电气设备的实时 、远程状态监测
在此基础上构建系统测温模型 ，从红外理论 出发对
提供了条件。
影响测温精度的主要 因素 (电气设备发射率、环境
1 变 电站热像在 线测温 系统总体设计 与
温度及 大气透射率)提 出相应改进措施 ，并通过实
实现
际应用验证其效果
变电站热像在线测温系统主要包括网络视频服务
关键词 红外测温 图像监控 在线监测 测
器、网络传输链路 、用户监控端三部分。主控端视频
温模型 温度修正 电气设备
服务器负责图像数据的采集、发送功能，主要基于
TMS320 DM355平台的嵌入式开发实现。数据采集到
0 引言
服务器后 ，经由网络传输链路对多媒体数据进行传
为了保障电网的运行安全 ，提高供电质量 ，人 输 ．最后通过用户监控端将接收到的数据解码 ，并进
们致力于变电站监视、控制和保护系统 的研究与开 行图像显示 、图像测温及报警反映、图像配准并返回
发 ，并辅以各种手段保障电气设备的运行安全 。目 图像数据等。
作者信息
殷晶晶，女，中国农业大学信息与电气工程学院，研究生。
吴 波，男，中国农业大学信息与电气工程学院，研究生。
王 库，男，中国农业大学信息与电气工程学院，教授，博士生导师。
变皇塑垫堡壅篓 墨墨 塑 墨墨 星堕至 墼 一墨曼～生 —一
http：／／WWW．jzdq．net cn 52k。—— 红外热像仪的光学系统增益；
红外探溅器热值获取
tr。(A)—— 光学系统的光谱透射率；
I
4 —— 探测器的接收光敏面面积，m ；
对每幅图像热值的
)—— 在工作波段 8～14 m内距离红外系
最大值、最小值进符归一化处理
统 处的大气透射率的平均值 ：
l
设备发射率 (A，T)的平均值；
— —
求褥凰像的8位灰度值阵列
设备温度 ，℃：
— —
』
环境温度，℃。
— —
‘
数据网络传输 由于物体温度与电压信号为一一对应 的正比关
』 系，另K =卢 (A)×k ×r0(A)×Aa，令 ／K
_厂(To)，由此可得温度 一 电压公式 ：
=
用户端热值巅潦
／(To)=Ta( )[ 。f(T)+(1一 )l厂( )] (3)
』
式中： ——所测得的温度值，℃。
拟岔熟值一 温度曲线 由于探测器的输出信号电压与所接收的辐射功率
l 成正比，又因为辐射功率根据选择的波段不同．与被
测 目标温度的不同次方成正比。因此，一定波段的辐
建立红豁髑像像襄
秘温度值鼢缀关系 射功率可进一步表示成：
J Mxb(T)dA=厂( )
图 3 红外测温流程
Fig．3 Flow chart of infrared temperature measurement
= k3 T (4)
式中：k，—— 常数 ；
理计算及标定时，首先设定一种具有最大辐射功率的
m—— 根据不同的波段选择不同的值。
物体模型 —— 黑体 (指在任何温度下能够吸收任意
由上面两个式子可得黑体温度：
波长入射辐射的物体，反射率和透射率均为 0，吸收
率为 1)。由普朗克公式 ，一个绝对温度为 (K)的 Tom=Ta( )[ T +(1一 ) ] (5)
黑体 ，单位表面积在波长 A ～A。范围内向整个半球 综上可以得出。被测物体表面的真实温度 的
空间发射的辐射功率为： 计算公式 ：
M( = C1 [ dA (1) { [— 一(1一 ]) c6，
式中：C，—— 第一辐射常数 ，C =3．741 5×10
目前所知的红外测温的方法大多是根据上述公式
W ·1TI一。· m ；
推导求得，由公式可知，影响测温精度的几个主要因
第二辐射常数 ，C2=1．438 79×10

在2012年8月期的《建筑电气》杂志中，有一篇文章详细阐述了变电站热像在线测温系统的建模与温度修正方法。该文章针对变电站这一电力设施的关键环节，研究了如何利用热像技术对电气设备（如变压器、断路器、母线等）在运行状态下进行非接触式、实时的温度监测。 文中首先介绍了热像仪的工作原理和变电站内设备的典型热像特征，通过搜集设备表面温度分布数据，建立了基于热像辐射传输方程的数学模型，以模拟设备在不同负荷条件下的温度响应。这涉及到黑体辐射理论、大气透过率校正以及红外辐射测量等关键技术的应用。 随后，文章着重讨论了温度修正技术，包括环境温度影响、光学透过率误差、热像仪响应函数不准确等因素的补偿措施，旨在提高热像测温结果的精度和可靠性。通过对历史数据的学习和分析，提出了自适应或机器学习算法来动态调整温度修正参数，确保在各种工况下都能得到准确的设备实际运行温度。 综上所述，这篇论文为变电站热像在线测温系统的实际应用提供了科学的理论指导和技术支持，对于保障电力系统的安全稳定运行具有重要意义。