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1、云计算智能热像监控系统方案书 北京瑞达斯特电气设备有限公司目录一、技术条件与技术标准1二、系统应用目的与意义22.1系统应用意义22.2系统实现目标3三、系统设计说明43.1综述43.2系统设计原则4四、系统结构54.1系统构架54.2系统结构简述6五、系统功能设计及特点95.1系统主要功能95.2主要设备及性能特点14六、系统软件设计166.1软件功能设计166.2软件操作简要说明17七、系统抗干扰措施及施工技术197.1系统施工技术要求197.2抗干扰措施19一、技术条件与技术标准本系统的设计和实施依据标准：下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本方案设计时，所示版
2、本均为有效。 DL/T664-2008 带电设备红外诊断应用规范 GB763-90 交流高压电器在长期工作时的发热 GB50168-92 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范 GB50217-94 电力工程电缆设计规范 GB/T 13926.n-92 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性 IEC364-4-41 保护接地和防雷接地标准 IEC60870-5-104 远动网络传输规约 IEEE802.3 10BASE-T 以太网接口标准 GBJ115-87 工业电视系统工程设计规范 GB50198-94 民用闭路监视电视系统工程技术规范 GB 4798.4-90 电工电子产品应用环境条件无气候防
3、护场所使用 GB/T 14429-93 远动设备及系统-术语 ITU-T H.323 网络电视电话系统和终端设备标准二、系统应用目的与意义2.1系统应用意义电力设备的故障有多种多样，但大多数都伴有发热的现象。从红外诊断的角度看，通常分为外部故障和内部故障。众所周知，电力系统运行中，载流导体会因为电流效应产生电阻损耗，而在电能输送的整个回路上存在数量繁多的连接件、接头或触头。在理想情况下，输电回路中的各种连接件、接头或触头接触电阻低于相连导体部分的电阻，那么，连接部位的损耗发热不会高于相邻载流导体的发热，然而一旦某些连接件、接头或触头因连接不良，造成接触电阻增大，该部位就会有更多的电阻损耗和更高
4、的温升，从而造成局部过热。此类通常属外部故障。 外部故障的特点是：局部温升高，易用红外热像仪发现，如不能及时处理，情况恶化快，易形成事故，造成损失。外部故障占故障比例较大。 所谓高电压电器设备的内部故障，主要是指封闭在固体绝缘以及设备壳体内部的电气回路故障和绝缘介质劣化引起的各种故障。由于这类故障出现在电气设备的内部，因此反映的设备外表的温升很小，通常只有几K。检测这种故障对检测设备的灵敏度要求较高。内部故障的特点是：故障比例小，温升小，危害大，对红外检测设备要求高。 根据相关单位提供的长期实测数据及大量案例的综合统计，电力设备外部热缺陷一般占设备缺陷总指数的9093%，内部热缺陷仅占7%10
5、%左右。 在电力行业，很早就将热像仪运用于设备的安全检修上，通过其对电气设备和线路的热缺陷进行探测，如变压器、套管、断路器、刀闸、互感器、电力电容器、避雷器、电力电缆、母线、导线、组合电器、绝缘子串、低压电器以及具有电流、电压致热效应或其他致热效应的设备的二次回路等，这对于及时发现、处理、预防重大事故的发生可以起到非常关键而有效的作用。 采用红外成像技术可开展以下电力设备状态检测与故障诊断工作。 l 高压电气设备运行状态检测与内、外中心故障诊断： l 各类导电接头、线夹、接线桩头氧化腐蚀以及连接不良缺陷； l 各类高压开关内中心触头接触不良缺陷； l 隔离刀闸刀口与触片以及转动帽与球头结合 不
6、良缺陷； l 各类CT一次内中心及外中心连接不良缺陷、本体及油绝缘不良缺陷以及内中心铁芯、线圈异常不良过热陷； l 各类PT绝缘不良缺陷、缺油以及内中心铁芯、线圈异常不良过热缺陷；l 各类电容器过热、耦合电容器油绝缘不良和缺油（低油位）缺陷； l 各类避雷器内中心受潮缺陷、内中心元件老化或非线性特性异变缺陷； l 各类绝缘瓷瓶表面污秽缺陷，零值绝缘子检测，劣化瓷瓶检测； l 发电机运行状态检测、电刷与集电环接触状态检测、内中心过热检测；l 电力变压器箱体异常过热，涡流过热，高、低压套管上、下两端连接不良以及充油套管缺油（低油位）缺陷； l 各类电动机轴瓦接触不良以及本体内、外中心异常过热。随着
7、在线监控系统和无人值守变电站的逐渐普及，采用在线热像智能监测系统对设备的发热状态进行实时监控，弥补人工巡视和无人值守在安全运行中的薄弱环节成为一个重要选择。2.2系统实现目标系统的建设达到以下目标：l 自动巡检：系统具备预置行程，最大利用电气自动化系统、计算机系统的智能方式运作，无需看管而自动巡测。l 自动预警：当监测到异常状态时自动生成故障告警信息，当监测系统自身出错时自动生成错误告警信息，并可自动通知管理人员和值班人员。l 智能分析：当发现设备温度异常，可以调出此设备的正常时的热图谱及正常时的运行参数，与异常时的热图谱及运行参数进行对比，从而进行准确分析。l 全景模式：系统可以实现不同部位
8、红外热像图的无缝智能拼图的全景红外热像分析功能，从而避免局部分析无法快速定位和无法系统分析故障原因的问题。l 融合模式：系统可以实现可见光和红外热像图的融合分析，可以实现持续融合、阀值以上融合、阀值以下融合和指定温度区间内融合的功能。综合运用红外和可见光的识别优势根据需要随时选择合适的融合方式。l 远程实时监控：实现对变电站区域内场景情况的远程实时温度分析和远程实时状态监视。l 远程配置：实现在远程客户端对监测设备终端进行配置。l 自动分类存储：监控数据、异常数据和报警信息会自动存储在相对应的设备数据栏目中，可以实现快速准确的调用分析。l 自我纠错：当系统出现问题时，系统有自我诊断功能，可协助
9、迅速排除故障。l 辅助监视：可在微弱的光线下监视变电站内变压器、断路器、隔离开关、充油设备、易燃设备、CT、PT、避雷器和瓷绝缘子等重要运行设备的外观状态、工作状态情况。三、系统设计说明3.1综述本方案所阐述的变电站智能监控系统，所服务对象是大型超高压变电站，多级监控与分析的系统，是一个集红外热像和可见光于一体的全方位智能监控系统。本方案规定了远程红外监控的技术要求和施工要求，是实时智能监控的技术依据。本系统采用的是开放式结构，适合大型超高压变电站设备运行、维护和管理的要求。3.2系统设计原则l 系统采用分布式体系结构，便于系统扩展与升级，且为客户开放二次接口。l 系统采用成熟的产品构成硬件系
10、统（均属国际著名品牌），性能可靠，功能完善，操作方便，能满足长期稳定工作。l 系统所用软件平台，通讯接口等符合国际标准或行业标准l 系统做完善的防雷设计、抗电磁干扰设计。四、系统结构4.1系统构架系统规模可根据电网区域范围大小和变电站数量组合定义，在局端可以对所有下属的变电站进行远程电力红外视频监控。系统可按多级组网的方式，形成大规模的监控网络。系统在各集控中心设区域监控中心；在条件成熟的前提下可在调度中心设立主控中心，在电力系统中，一般是由变电站、市局、省局的层级构成方式，智能热像变电站监控系统适应这种管理模式，可以实现本地监控分析，市局监控分析，省局监控分析的层级结合的监控分析方式。具体系
11、统构架可见图一： 局域网交换机省局监控客户端省局局域网处理服务器（市）局）市局（科技处）市局监控客户端专网变电站1交换机值班监控客户端热像监控终端1热像监控终端2热像监控终端3热像监控终端4交换机变电站3值班监控客户端热像监控终端1热像监控终端2热像监控终端3热像监控终端4交换机专网专网 处理服务器 处理服务器处理服务器(省) 局） 智能系统能够实现无人远程红外热像监控与分析诊断功能。本地监控与分析诊断系统如图二所示（变电站部分）。热像监控终端（红外和可见光）云台热像监控终端（红外和可见光）云台信号传输处理服务器值班监控客户端（PC机）信号传输报警装置交换机远程监控客户端（PC机）本系统软件为
12、自主开发，可以根据客户的特定需求进行功能定制。系统具有两大基本功能：u 热像故障智能监控功能（远程与本地）。u 热像故障智能分析诊断功能（远程与本地）。4.2系统结构简述本地红外热像监控与分析诊断系统由四大部分组成：红外热像终端，信号传输与通讯，处理服务器以及监控分析客户端（同时可以对电气设备进行分析诊断）。1、热像监控终端热像监控终端具有以下特点：1) 采用红外热像仪全球著名厂家FLIR A系列在线热像仪。该产品采用美国最先进的Indigo探测器，具备320 x 240和640*480红外像素，温度灵敏度可达0.05C！该探测器可以一年365天24小时不间断监控，工作状态稳定，不会发生死机停
13、机故障。2) 采用高精度云台，可准确定位，监控和分析诊断累计偏移误差小。3) 红外热像与可见光摄像的一体化设计。4) 风雨尘防护装置，加热和降温装置。5) 不间断电源供电。2、信号传输与通讯整个系统的通讯符合电力行业标准IEC104通讯规约，信号传输有三种方式，具体采用哪种传输方式根据客户的具体需要以及现场实际情况决定，如图三所示：1) 视频电缆传输（视频输出时）2) 直接网线传输（编号2所示）和无线传输（无线路由器，编号5所示）3) 光纤传输（加配 带光纤接口的工业以太网交换机，编号3、4所示）图三、传输方式示意图系统网络通信采用IP网络技术组网，并可使用网络延伸器、网桥、路由器设备延伸接入
14、站点，且能支持IP组播功能。省局至市局网络之间链路，采用双方向10/100/1000Mb/s (10/100/1000BASE)光/电接口互联，并实现第三层路由隔离。市局至变电站端系统之间链路，采用10/100Mb/s (10/100BASE)光/电接口连接方法。变电站端至现场设备之间链路，采用双绞线、光缆等抗干扰强的介质来实现。IP地址及以太网地址满足IP网络单播、组播功能等组网要求，IP地址分配符合超高压局有关规范。3、处理服务器在本系统中，处理服务器分为本地服务器与远程服务器，本地服务器为放在变电站的服务器，远程服务器为放在市局科技处和省局的服务器。本地处理服务器与远程处理服务器通过专网
15、进行数据交换与通讯。处理服务器完成两大功能：1) 数据存储与交换。a) 保存变电站正常运行时电力设备的正常红外热像图谱和出现异常时的典型故障图谱，以供将来电力设备出现异常时进行对比分析。b) 所有热像终端所监测的温度数据及图谱信息即时传送到本地处理服务器，由本地处理服务器完成与省局、市局的处理服务器的数据交换，以便省局、市局随时调用处理服务器的数据进行分析。2) 即时控制、分析与诊断。a) 支持即时切入控制：当变电站电力设备无异常时，系统云台一直处于自动巡航状态，一旦变电站某电力设备出现热缺陷征兆时，可即时切入客户端人工控制，以控制热像仪准确定位于电力设备热缺陷征兆部分，进行即时分析。b) 分
16、析与诊断：当出现热缺陷故障时，可即时对云台和热像仪进行控制，定位电力设备缺陷故障部分，进行数据分析，诊断缺陷情况。4、监控与分析诊断客户端由于客户管理构架存在省局、市局、变电站三级，所以本系统的监控与分析客户端需要适应这种三级的管理构架。与服务器一样，客户端可分为两种，本地客户端（变电站）和远程客户端（省局和市局）1) 本地客户端：本地客户端直接和本地处理服务器相连，根据客户应用需求开发的红外热像处理软件安装在本地客户端，可以完成即时监控，随时生成温度曲线，进行即时分析，出现异常时进行报警，以及完成客户定制化需求等。2) 远程客户端：远程客户端与远程热像处理器相连，根据客户应用需求开发的红外热
17、像处理软件安装在远程客户端，由于远程处理服务器与本地处理服务器一直进行着数据交换，所以市局客户端和省局客户端可以完成即时监控，随时生成温度曲线，进行即时分析，以及完成客户定制化需求等。3) 由于在电力系统中省局、市局、变电站三者的角色不一样，所以本系统中相对应的各级客户端功能也略有差异。比如，变电站客户端侧重于即时监控和对红外热像终端的运动控制等，市局客户端侧重于数据存储和数据分析等，省局客户端侧重于数据管理等。同样，由于省局、市局、变电站三者在电力系统中的角色不一样，所以省局、市局、变电站三级的客户端优先级别也不一样，具体优先级的设置根据客户实际管理模式设定。五、系统功能设计及特点5.1系统
18、主要功能1、监控及测温功能本系统的核心是对变电站的电力设备的温度进行监控，如何准确获取变电站电力设备的准确温度成为本系统的核心，在红外热像领域，影响准确测温的因素多种多样，针对本系统的应用对象（变电站）来说，影响准确测温的因素如下：a) 准确清晰对焦b) 环境因素的影响（如环境温度、风速、红外窗口等）自动对焦技术：本系统红外热像终端采用全球著名厂商FLIR的在线式热像仪，由于内置马达（技术指标可参看主要部件技术参数），可以远程在客户端控制进行自动对焦，不需要电动镜头，避免了电动镜头时间长后滑丝所造成的对焦不清晰，所以本系统在自动对焦上稳定可靠。WST技术：由于风速对红外热像准确测温的影响比较大
19、，所以本系统采用了独有WST技术（风速处理技术），把风速对测温的影响降到最低。ETT技术：由于从被测对象（如变压器，断路器）到红外热像探头，接收的红外辐射经历了不同介质（如大气、红外窗口）等，本系统采用了独有的ETT技术，以补偿不同介质对接收的红外辐射的影响。2、自动巡航和自动报警功能当需要进行无人值守时按下巡航按钮，监控系统即处于自动监测状态，它会从归零线开始，依次对四个扇区进行巡航扫描。下图显示出云台在巡航模式下的工作状态：云台归零线扇区扇区扇区扇区云台从扇区开始顺时针转动，依次转过扇区、扇区、扇区、扇区，然后返回到归零线，开始下一个循环（一个周期划分多少个扇区根据现场情况确定）。如果落入
20、扇区的是一个变压器，那么我们可以在这个扇区设定报警上限值，一旦检测到变压器温度超过报警温度，系统将马上报警。如果没有发生报警，云台将断续前进，巡航到下一个扇区。云台会在每个扇区内停留几分钟，并且把扇区的温度数据库发往热像服务器，这样在本地监控室就可以看到每个设备的温度值，它将做为电力系统对设备运行故障诊断的一个参考依据。可以根据客户的要求以及现场实际运行情况，每到整点时刻，系统可以将云台在所有预置点所采集的数据写到数据库中，以供历史查询。归零线的作用是为了消除累计误差，便于扇区准确定位。3、一键切换功能当自动巡航发现电力设备异常时，本系统可以实现自动巡检模式一键切换现场分析模式功能。也可以基于
21、报警信息的快速定位切换到报警位置点和自动回复到检测点。4、诊断分析功能本系统是通过图像分割实现电气设备划分和分对象数据采集，关于设备的识别是通过建立图像与设备的映射关系实现的。如下图所示：某扇区所在窗口设备1设备2设备3当云台转到某个扇区后必须对窗口中的设备进行识别，因为每个设备的报警温度可能是不一样的，因此当窗口中的某个设备超温不正常时必须能够及时把它找出来并提示用户是哪个设备出现问题，所以有必要让系统能够认出设备，怎样识别图像中的设备呢？以上图为例，当云台转到某个扇区时，窗口中可以看到三个监测目标，每个目标都在其中窗口中的固定位置，记下它们分别在窗口中的坐标位置，对窗口进行分割，分割成这样
22、的三个区域，这样每个设备都被包含到对应的区域中，把这个值写到数据库中，以后每次云台转到这个位置就会从数据库中取出设备的区域，从而在这个区域里测得设备的当前温度，得到的数据传输到本地处理服务器。 这个系统通过红外实时监控把变电站的设备温度实时显示出来，让值班人员能够及时准确的看出所以被监测设备的运行情况，是否过热，是否有故障，另外一个作用是实时的发送设备温度数据，以供后方处理。图像可以供值班人员查看，而发送的数据可以给调度室人看，一个提供直观信息，一个做为设备状况的参考数据，两相结合，给电力系统提供更科学、更准确的预警手段，大大提高了工作效率和降低了对人的依赖性。5、重点区域分析功能可以对热像图
23、进行区域分析、点分析和线分析，实时显示所选区域最高、最低和平均温度，如图所示： 6、报表功能可以根据客户要求定制各种报告，可以根据时间区间选择数值生成报告，并可以导出为Excel格式；报告模板提供预留选项，供新参数的引用，如图所示：7、系统故障自我诊断功能本系统具有自我诊断功能，当出现监控画面消失时，系统可以自动自我诊断，以确定是系统电源问题、现场终端问题，还是网络传输中断等问题。同时，系统提供断电自动保存与恢复功能。5.2主要设备及性能特点1、FLIR A系列红外热像仪FLIR A系列全天候固定式红外热像仪，免除您的后顾之忧！该系列红外热像仪可助您监控生产现场，查找现场异常情况。其优势在于能
24、够提前发现异常情况，避免演变为严重故障，杜绝财产损失或对人身安全构成潜在威胁。Flir A系列热像仪采用美国最先进Indigo探测器，具备320 x 240像素（有更高640*480像素可选择，保证更高要求的正常测试），灵敏度可达0.05C！该探测器保证了一年365天24小时之不间断测试，工作状态极其稳定，不会发生死机停机故障，给客户的设备及财产带来100%的安全保障。Flir A系列热像仪对于大气透过，光透过以及反射背景温度都是基于自动修正。内建网络伺服模块，专有的叠加式TCP/IP协议，通过以太网供电, （PoE Ieee 802.3af class 0）。全面实现自动调焦，具备1-8倍连
25、续，数码，图像插值变焦。任选测量功能的6种自动报警，数字输入、热像仪温度报警、定时器数字输出、日志、储存图像、文件发送（ftp）。如此丰富的功能，重量仅有0.7公斤！尺寸小巧，防震动防冲击。主要特征：l 支持以太网/IP现场总线协议 （分析、报警和热像仪简单控制）l 支持Modbus TCP现场总线协议 （分析、报警和热像仪简单控制）l 内置扩展分析功能l 扩展报警功能，起到分析乃至更多的功能l 准时: 分析结果或图像文件发送 （FTP） 或邮件传送（SMTP）l 报警状态: 分析结果或图像文件发送 （FTP）或邮件传送（SMTP）l MPEG-4 视频流l 通过以太网供电（PoE）l 内置网
26、络伺服器l 常规作用 I/Ol 100 Mbps以太网（100 m电缆、无线、光纤等）l 通过SNTP实现同步l 复合视频输出l 定义明确的开放型控制与设置TCP/IP协议l 传输16位320 240图像，热辐射；最高帧频可达60Hz红外热像仪探测器类型焦平面阵列(FPA)，非制冷微热量型像素320240输出制式复合视频输出， PAL与NTSC兼容响应波段7.5-13 m测温范围-20350测温精度2C或读数的2%热灵敏度0.05C + 30空间分辨率1.36mrad最小焦距0.4m工作环境-15+502、可见光一体化摄像机3、双舱护罩4、云台六、系统软件设计6.1软件功能设计l 自动巡检：系
27、统具备预置行程，最大利用电气自动化系统、计算机系统的智能方式运作，无需看管而自动巡测。l 自动预警：当监测到异常状态时自动生成故障告警信息，当监测系统自身出错时自动生成错误告警信息，并可自动通知管理人员和值班人员。l 智能分析：当发现设备温度异常，可以调出此设备的正常时的热图谱及正常时的运行参数，与异常时的热图谱及运行参数进行对比，从而进行准确分析。l 自动存储：监控数据，异常时的数据自动存储在系统中，以备随时调用分析。l 自我纠错：当系统出现问题时，系统有自我诊断功能，可协助迅速排除故障。l WST技术：风速干扰处理技术。l ETT技术：环境介质系统温度补偿处理技术。l 全景模式：软件处理，
28、实现变电站的全景模式。l 融合技术：把可见光图像和红外热像图进行融合。l 动态趋势：对同一测试点及多个测试点温度的趋势变化进行实时监控，生成动态趋势图。l 在线升级：可在线进行软件升级和维护。l 远程监控：实现对变电站区域内场景情况的远程温度分析，远程监视。l 远程配置：可在监控中心远程对终端监控设备进行参数配置。6.2软件操作简要说明1、目录树从管理角度考虑，软件设计使用目录树结构，共有五层：第一层：地点第二层：变电站第三层：监控点第四层：测试点第五层：设备2、红外热像仪配置点击进入红外摄像头配置界面，在此界面中可进行IP分配，自动校准，数码变焦等功能3、可见光摄像头配置 点击进入可见光摄像
29、头配置界面，进行IP分配，亮度调节，数码变焦等功能4、云台配置点击进入，进行IP分配，归零点设置，预置位设置，自动巡航路线等设置5、数据分析 点击进入分析界面，可对任意一张热像图进行数据分析，包含点温、线温、方框区域、圆形区域、折线、最高、最低和平均温度的自动捕捉，从中提取设备的相关信息。6、趋势分析 右键点击设备，选择生成趋势图，即可得到设备的温度趋势曲线七、系统抗干扰措施及施工技术7.1系统施工技术要求l 系统施工遵循GB50168-92 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范l 系统施工遵循电力系统的相关规程、规定，确保对一次设备的带电距离。l 摄像机位置的选取原则：即便于观察又便于日后
30、设备的运行维护。l 电缆敷设尽量利用站内电缆沟、架，在电缆沟内敷设时，不得与一次电缆同层敷设。7.2抗干扰措施l 系统防雷：完善的防雷措施，系统按照需要装设视频信号避雷器、数据信号避雷器和电源避雷器。l 电磁干扰：考虑系统高电压的影响，采用光缆传输实时图像信息，在传输设备转接处放置屏蔽箱。l 电气隔离：在系统与外部接口处按照需要装设隔离变压器或光电隔离器件，防止外部干扰信号侵入。l 可靠接地：采用具有屏蔽层的各种铠装阻燃电缆，所有电缆屏蔽层汇集在控制室单端接地；设备有工作接地和外壳接地，并具有明显标识。北京瑞达斯特电气设备有限公司Beijing RedSuns Electronics Co., Ltd.地址(Address)：北京市昌平区超前路甲1号北控宏创科技园11号楼6层TEL：010/传真(FAX)：010-803邮箱（Email）：redsus 网址(Website)：