3D在线式红外成像测温预警系统.doc

-最新资料推荐- 3D在线式红外成像测温预警系统 3D 在线式红外成像测温预警系统 中国南方电网有限责任公司科技项目 申请书及可行性研究报告 申请单位： 海南电网公司信息通信分公司 起止时间： 2019 年 1 月至 2019 年 12 月 项目负责人： 联系电话： 申请日期： 2019 年 7 月 1 填 写 说 明 一、请严格按照要求填写各项。 二、专业类别根据项目所属专业种类从发电（能源）、输电、变电一次、配电一次、电力建设、系统运行、继保自动化、电网规划设计技术、通信及信息技术、计量营销、智能电网新技术、综合研究共 12 类技术中选择。 三、项目摘要应简要说明项目研究内容和预期成果，字数要求 500 字以内。 四、项目申请单位指提出项目建议与申请的单位或部门，如总部各部门、直属机构、各分子公司及其所属基层单位等。 五、项目分工应主要描述项目申请单位与协作单位的任务划分，项目计划进度安排应按时间段列出研究推进计划，并明确各阶段交付物及标志性里程。 六、科技经费预算支出科目具体解释见附件 1。 2 3 4 编写要求： 1. 列出分时间段计划研究内容； 2. 分时间段提供成果的内容和形式，要求具有可检查性。 5 一、 目的和意义 变电站设施在电力系统中有着极其重要的地位，一旦出现故障，就会影响供电的质量和稳定性，会造成巨大财产损失及不良社会影响等严重后果。 但过流、过载、老化、接触不良、漏电、设备内部缺陷或其他内部异常导致的发热等故障现象并不能通过简单的人工观察就能发现。 实践表明，通过对被测目标的红外温度测量，能够对目标的工作状态、有无故障隐患等进行监控，并且通过特定的算法就可以对设备的健康与否进行预警。 红外测温具有快捷、方便、灵敏度高、非接触性远距离测量、无需使被测设备停运或解体等优点，因此，红外测温技术在电力系统中有着广泛的应用，能为故障诊断、设备检修等提供理论依据，使缺陷处理更具针对性，为开展设备状态维修创造条件，有效地预防一些事故的发生，从而提高设备运行的可靠性。 变电站对电力设施温度的监测方式目前是安排工作人员定期使用手持式红外测温仪对电力设备进行巡检。 该方式下，工作人员须在规定的距离内将红外测温仪对准被测节点，调整焦距，进而测得目标的温度值，在完成上一个节点测量后再进行下一个节点的测量。 人工巡检测温方式存在以下问题： 人工操作，浪费人力并且温度测量准确度人为因素影响较大； 单点测温，测温点多时操作时间过长； 6 人工巡查，不能自动报警，可靠性差； 数据只能存储在红外测温仪的存储卡中，安全性差； 存储的数据量有限，不利于工作人员做报表； 安全漏洞大，两次巡检周期之间存在较大故障隐患。 7 二、 项目研究的背景 1. 项目国内外现状及趋势 红外技术应用于非接触测温已经得到大量的推广，目前国外从事红外热像仪研制和生产的公司主要有美国的 FLIR 和 FLUKE，这两个公司的红外热像仪主要瞄准的是通用红外热像仪市场，以手持式测温仪为主，尚未进入在线式红外测温领域。 国内开发红外的公司主要有武汉高德、广州飒特、浙江大立、深圳键桥，其中前三家公司的产品也以手持式红外热像仪为主，而深圳键桥通讯技术股份有限公司主要瞄准的是变电站在线式红外测温领域，在这个细分领域有丰富的工程和理论经验。 手持式红外热像仪的测试结果依赖于操作者的经验，测试结果因此有很大偏差，未来红外热像仪的发展趋势是专用化、自动化、智能化。 专用化指的是机器的用途相对专用，而不是一款通用化的仪器，它的特点与应用场合的需求相似。 自动化指的是使用操作基本是自动的，无需人工干预。 智能化则是指测试结果的判断具有较强的智能判断标准。 2. 海南电网在线式红外测温应用场景 海南地处我国最南边，全年平均气温较高，因此变电设施的热工作环境更加恶劣，传统的人工巡检工作量更大，尽管有完善的巡检流程，但巡检周期之间的监管空挡还是无法规避。 同时为了建设智能化电网的目标，海南电网迫切需要在变电站实时在线温度监测方面结合自己的环境特点进行项目研究，以制定一套符合海南电网的实时在线红外监测检修流程，从而进行全省电网推广应用，提高变电站在线监测智能化水平。 3. 传统测温技术的现状与发展 8 常规的测温手段主要包括以下几种： 3.1 接触式测温： 采用传统的温度传感器，与被测设备进行直接接触来进行测温。 此方式由于是直接接触的，每个测温点均需要安装一个测温装置，尽管每个测温点的测温装置价格仅为 2019 元左右，但对于每个变电站都有上百个测温点的电力应用场合，每个变电站的投资大约需要 20 多万，因此经济成本很高，而且由于可操作性差，因此在电力测温中已基本不采用； 3.2 瞄准型红外点温仪测温： 工作人员操作红外点温仪，在规定的距离内将红外点温仪对准被测温点，调整焦距，使目标充满红外点温仪中的热传感平面，然后需要根据被测目标的材料设定合适的热辐射率，才能得到目标的温度。 完成一个测温点后再进行下一个测温点的测量，这是目前最常用的工业测温方式，但在电力系统已基本被淘汰，它的缺点非常明显： 测试结果不具备可视化。 3.3 非接触式红外成像测温： 这是目前电力系统常见的测温方法，通过使用红外热像仪，不仅能够对被测温点红外成像，而且能够得到红外热像图中的被测温点的准确温度，目前此类进口高档红外热成像仪的价格大约在 3-40 万元左右，国产的价格在 20 万左右，使用时无论是进口的还是国产的，所有热红外成像仪只能对成像视角内的几个点进行测温，无法满足大数量的测温点测温。 目前此方案的测温实施方法是： 工作人员手持红外成像仪对被测温点对行拍摄，然后将存储在热成像仪中的图片导入到计算机中，然后分析出所有测温点的温度，并做成报表。 9 4. 研究的技术关键与难点 在线式红外成像测温系统作为一种智能辅助决策系统，有效性是第一位考虑的，既不能虚报、也不能漏报，为了达成这个目标，必须对下列关键技术进行重点研究： 4.1 目标距离的自适应技术 影响红外测温准确度的重要因素是目标距离。 对于手持式红外热像仪而言，目标距离是要人工输入的，但对于在线式红外来说，目标分布在5-100 米的距离范围内，如何对目标进行距离自适应是测温准确的关键。 本项目计划采用具有俯仰、水平角度回传的高精度数字云台来作为伺服系统，在知道红外设备与目标之间的俯仰夹角的情况下，只要知道设备的安装高度就可以通过几何公式来获取目标的距离： S=H/SIN S： 目标距离；H： 红外终端安装高度；： 红外终端的俯仰夹角 4.2 目标报警决策实施策略 变电站设施的发热原因各不相同，有电压致热和电流致热之分，而且还跟每种设备的材质有很大相关，因此必须为每种设备研究一套报警决策策略。 项目研究拟将报警分为绝对值报警、前后温差报警、相间温差报警三种，同时，每种报警又细分为一般告警、较重告警、严重告警三种告警级别，以供决策者采取不同的检修方案及应对措施。 4.3 测温目标的智能识别与动态捕捉 为了准确生成数据报表，操作者首先需要将变电站内的需要监测的设备作 10 为兴趣点输入到数据库，并在视频上进行标识，虽然高精度云台能够保证准确定位，但由于热胀冷缩等其他原因造成目标设备偏离原有预设位置时，测温就会测到别的物体上。 为了防止出现这种情况，系统必须开发智能识别与动态捕捉技术，该技术需要对原有预设设备的外形进行记忆识别，并在一定偏移范围内能对该设施进行捕捉和重定位，以确保测试结果是目标的真实温度数据。 4.4 3D 场景与实时视频数据的匹配 由于红外镜头的视场角有限，需要云台的转动来完成对整个变电场地的覆盖，这样的图片具有离散性，不利于操作者对间隔设备的识别，因此需要将独立测试的温度全部导入到一个根据变电站实际布置的 3D 场景图中，并与各个目标进行温度匹配，操作者在浏览 3D 场景图时就能获得目标的实际温度。 4.5 与其他系统的数据接口开发 与红外成像测温系统需要对接的其他系统有： PMS 系统、自动化系统、视频监控系统等。 通过与这些系统的对接，来达到测温数据与实际线路负载、环境温度等匹配，并为统一监控提供必要的数据接口，因此必须开发统一的测温数据接口、统一的视频图片接口。 别的系统调用红外的数据及图片，只需要简单的使用开发的 OCX 插件就可完成。 三、 项目申请单位具备的研究基础和条件 11 编写要求： 1. 项目负责人的情况介绍，专业、特长、工作量和在本项目中的作用； 2. 项目申请单位在相关研究领域曾开展的工作、曾取得的科研成果、曾获得的荣誉； 3. 项目申请单位在相关研究领域已有的软硬件平台、理论研究环境、实验室条件等。 12 四、 项目研究内容、技术路线与实施方案 1. 项目研究内容的详细说明 13 14 15 2. 技术路线： 2.1 系统组网设计 在线式红外成像测温系统采取下图的组网拓扑： 16 网络结构 变电站内配置一台站端服务器，负责采集红外终端的红外图像与可见光图像，按照既定的报警检测规范对数据进行检测。 同时还将数据分发到分发列表里的正在访问该终端的客户端。 变电站内的通信采用 100M 网络，对于超过 100 米距离的则采用光纤收发器进行网络延伸。 变电站与地区内网之间的网络带宽使用 8M 带宽，或使用 4*2M 的电路捆绑。 地区内网与省局内网之间需 24M 带宽，满足 3-5 个变电站数据的同时上传。 变电站端服务器与红外成像测温终端组建一个私有局域网，红外成像测温终端采用私有 IP 地址，站端服务器配置双网卡，其中一个网卡 17 与红外成像测温终端连接，使用私有 IP 地址。 另一张网卡使用局内分配的内网 IP 地址，与电力局域网连接，通过传输网络与各客户端通讯。 这样的结构可以减少内网 IP 地址的占用，方便分布式客户端的访问。 所有客户端的认证均由局端的认证服务器完成。 所有的图像数据存放在变电站端服务器内，客户端经过访问认证后直接调看红外终端的数据。 2.2 网络管理、维护与使用单位分开 在线式红外成像测温系统是一种集计算机网络、信息处理、通信、数据库为一体的集成系统，建设、维护都需要专业的人员来操作。 但变电站内使用者一般由变电工区工作人员来完成，因此，为了本项目的完美实施，建议网络建设、管理、与其他系统的数据交互等由信通公司组织专门队伍来负责，而具体的使用由变电工区的工作人员负责。 2.3 项目实施方案 2.3.1 设备安装示意图 18 以上图所示的变电站平面图为例说明设备安装选址及覆盖范围 3 台红外摄像头的安装位置分别为主控楼靠近 220KV 变电区楼顶、10KV 高压室 1、10KV 高压室 2。 主控楼房顶墙体靠近 220KV 变电区位置安装红外测温摄像机一个, 支架固定在房顶墙上，用于集中监测 220KV 高压线区及主变压器 1 区域，如上图橙色所示的区域 1 所示。 此处墙体宽度测量宽度为 13CM,墙体距离房顶楼板之间距离为 20CM,依据要求定制支架高度为 1M,摄像头固定在支架顶部。 红外摄像头供电要求为 AC220V,电源线直接从房顶引到主控机房取电。 10KV 高压室 1 和高压室 2 分别安装红外摄像头 1 台，安装位置距离主控室机 19 房距离超过 100M, 需在主控楼及 10KV 高压室分别安装光纤收发器 1个。 监控区域分别为浅蓝色区域 2 和浅绿色区域 3。 电源线,以太网线,光纤等线缆穿入 PVC 管内,房顶与地面之间的走线一般在墙角等不易发觉的地方走线,主控楼与 10KV 高压室之间的走线从地下走线。 此处墙体宽度为33CM,依据要求定制支架高度为 100CM,摄像头固定在支架顶部。 红外摄像头供电要求为 AC220V,电源线从房顶引到高压室取电。 2.3.2 项目实施计划 依据本系统工程的施工特点，施工程序可分为施工准备阶段，施工安装阶段，施工测试阶段，系统竣工验收阶段。 施工准备阶段： 这一阶段主要做各种施工准备工作，通过充分细致的准备工作，可为工程的施工创造良好的物质和技术条件，是施工顺利进行的必要保证，运城供电分公司将从技术、物资、劳动组织、施工现场和施工场外等各方面作好充分准备。 内容主要包括： 对图纸的深化设计、熟悉施工现场，编制工程实施总体方案，其中含有： 各子系统相应的施工进度计划、工程劳动力需要量计划、设备材料进出场计划等，并采购材料，安排劳动力进场，实施培训。 为下一步工程实施做好人力、物力、资料等各方面的准备工作。 施工准备阶段还包括将施工方案、施工进度等内容提交现场变电站运行人员进行审核，确定工作安排不会影响到变电站其它正在进行的工作。 施工安装阶段： 系统施工工作铺开。 施工进场人员办理好相关工作许可单后，施工人员、机具、材料进场，工作应按运行单位工作票制度要求进行安全技术交底、安全措施实施和工作许可、终结。 在各方面的措施都能满足施工要求，现场方面环境、交叉施工过 20 程中要在规范化管理的基础上采用总体项目并行施工，各子系统流水作业，结合现场实际情况，最大限度地合理利用劳动力资源。 施工过程中，按变电站内工作要求穿戴个人安全防护器具，服从现场运行人员安全提示和指挥，确保工作中的人身、设备安全。 施工测试阶段： 根据要求进行系统布线测试的工作，并做好测试记录。 保证将来有据可查。 为一次验收合格、创优良工程创造条件。 在安装和测试工作阶段，及时向现场运行人员进行本系统各设备、部件以及运用方面的技术培训并提供纸质或电子版本的培训材料。 系统竣工验收阶段： 经自检合格后，整理好工程竣工验收资料，报甲方、验收。 验收完毕后，做好工程竣工资料的制作，将完整的竣工资料交付使用。 五、 预期目标和成果形式 1. 项目研究预期达到的目标、技术经济指标； 21 22 23 2. 提供研究成果的形式 六、 配套科技应用示范项目落实情况 编写要求： 如研究工作需开展配套科技应用示范项目工程建设，需说明工程选 24 点、配套工程实施条件是否具备或条件落实情况，需跨部门或跨单位实施的应用示范项目，需出具工程依托单位（部门）承诺提供相关条件的证明文件。 25 七、项目经费预算 单位： 万元 26 27 八、经费预算详细说明 编写要求： 1. 按项目经费预算表分项详细说明预算形成的依据； 分项 1:人工费（详见附表 5） 分项 2: 材料费 分项 3: 差旅费 分项 4:会议费 分项 5: 出版印刷/文献/信息传播/知识产权事务费 28 分项 6： 技术培训费 分项 7:劳务费（详见附表 5） 分项 8: 专家咨询费 分项 9: 管理费 29 2. 应详细列明项目研发预备购置的主要设备、仪器、软件； （详见附表 1） 3. 未能对所需资金进行有效说明的，原则上不予以批复。 九、有关证明文件 编写要求： 1. 科技应用示范项目依托工程单位对项目的意见及盖章； 2. 申请单位已有工作基础证明材料(参与项目结题证明，荣誉证书、软硬件平台照片)； 30 附表 1 仪器、设备购置预算明细表（平台支撑软件预算） 单位： 万元 附表 2 仪器、设备试制预算明细表（变电站端预算） 单位： 万元 31 附表 3 现有仪器设备使用明细表（单价 5 万元以上） 单位： 万元 附表 4 软件购置预算明细表 （单价 2 万元以上） 单位： 万元 32 附表 5 外委费预算明细表 单位： 万元 33 附件 1 科技项目经费预算支出科目 科技项目经费预算的组成包括研发费用与资本性支出两个部分。 研发费用主要包括人工费、设备费、材料费、测试化验加工费、燃料动力费、差旅费、会议费、国家合作与交流费、出版印刷/文献/信息传播/知识产权事务费、技术培训费、劳务费、专家咨询费、管理费。 具体说明如下： a) 人工费： 是指直接从事项目研发活动的外协单位人员费用。 b) 设备费： 是指在项目研究开发阶段购置、试制的专用仪器设备 或软件，对现有仪器设备进行升级改造而发生的费用以及现有 仪器设备的维修、折旧等使用费。 单价超过 30 万元的仪器和设 备购置费应列入资本性支出。 c) 材料费： 是指在项目研究开发过程中消耗的各种原材料、辅 助材料等低值易耗品的费用。 d) 测试化验加工费： 是指在项目研究开发过程中支付给外单位 34 (包括项目承担单位内部独立经济核算单位）的检验、测试、化验及加工等费用。 e) 燃料动力费： 是指在项目研究开发过程中相关大型仪器设备、 专用科学装置等运行发生的可以单独计量的水、电、气、燃料消耗费用等。 f) 差旅费： 是指在项目研究开发过程中开展科学实验（试验）、 科学考察、业务调研、学术交流等所发生的外埠差旅费、市内交通费用等。 g) 会议费： 是指在项目研究开发过程中为组织开展学术研讨、 咨询、项目协调、项目鉴定、评审、验收等活动而发生的会议费用。 h) 国际合作与交流费： 是指在项目研究开发过程中课题研究人 员出国及外国专家来华工作的费用。 i) 出版/文献/信息传播/知识产权事务费： 是指在项目研究开发 过程中，需要支付的出版费、资料费、文献检索费、专业通信费、专利申请及其他知识产权事务等费用。 j) 技术培训费： 指为提高项目研究质量而开展国内外学术交流 与培训的费用 k) 劳务费： 是指在项目研究开发过程中支付给课题组成员中没 有工资性收入的相关人员（如在校研究生）和课题组临时聘用人员 35 等的劳务性费用。 l) 专家咨询费： 是指在项目研究开发过程中支付给临时聘请的 咨询专家的费用。 专家咨询费不得支付给项目组成员与项目承担单位科技管理相关人员。 m) 管理费： 是指在项目研究开发过程中，外协单位使用其单位现有 仪器设备及房屋，日常水、电、气、暖消耗，以及其它有关管理费用的补助支出。 资本性支出主要包括设备购置费、安装工程费与其它费用。 主要用于先进技术的推广应用类、试验能力提升类科技项目。 36 15 / 16