代 康 王金帥 王一平 王鈞可 康 佳 王 尉

（1、國網(wǎng)東北分部綠源水力發(fā)電公司太平灣發(fā)電廠，遼寧 丹東118000 2、東北電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院，吉林 吉林132012）

1 概述

電氣火災(zāi)是配電系統(tǒng)運行過程中的重要安全隱患，調(diào)查顯示，電氣火災(zāi)在各類火災(zāi)中占有較高的比例，并且可能會造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟損失，影響人們的正常生產(chǎn)生活。而配電柜是電氣火災(zāi)的高發(fā)部位，配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。電氣設(shè)備安全運行的火災(zāi)隱患監(jiān)測和排查也顯得尤為重要。

目前電力系統(tǒng)普遍采用的探測器分為點式感煙/感溫火災(zāi)探測器、普通對射式感煙探測器以及纜式感溫探測器。其中，點式煙感探測器和普通對射式感煙探測器由于其報警機制，靈敏度較低，實用性較差，應(yīng)用較少。

現(xiàn)階段，紅外探測技術(shù)應(yīng)用范圍廣闊，技術(shù)相對成熟。尤其在電氣火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)中，相對于傳統(tǒng)的火災(zāi)監(jiān)測方法，紅外熱成像技術(shù)具有很大的優(yōu)異性。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)感知系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、上位機應(yīng)用系統(tǒng)三大部分組成。數(shù)據(jù)感知系統(tǒng)根據(jù)區(qū)域的實際情況分別于開關(guān)柜內(nèi)部署紅外熱成像處理器、微處理器、無線時頻模塊等作為紅外熱成像監(jiān)測終端，無線數(shù)據(jù)傳輸電臺作為無線傳輸系統(tǒng)基站進行平臺間的無線射頻通信。后端部署管理平臺、中心存儲、解碼、顯示等設(shè)備作為遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測中心。圖1 為基于設(shè)備溫度變化火災(zāi)預(yù)警的原理框圖。

電氣設(shè)備在工作狀態(tài)下，由于電流、電壓的作用，存在電阻損耗發(fā)熱、介質(zhì)損耗發(fā)熱和鐵損發(fā)熱。絕緣受潮、劣化、局部放電等導(dǎo)致電氣設(shè)備內(nèi)部故障的產(chǎn)生，同時引起設(shè)備溫度的升高，設(shè)備溫度的變化也成為反映整體電氣性能和電氣設(shè)備火災(zāi)隱患的重要因素。因此，可利用紅外熱成像監(jiān)測裝置將被診斷設(shè)備的紅外輻射信號轉(zhuǎn)換為電信號，從而通過電信號接收設(shè)備對故障進行分析判別。

2.1 紅外熱成像防火系統(tǒng)的數(shù)據(jù)感知系統(tǒng)設(shè)計

圖1 配電柜火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)原理框圖

紅外熱成像防火系統(tǒng)的數(shù)據(jù)感知系統(tǒng)一般由紅外熱成像終端和無線射頻通信兩部分組成。其中紅外熱成像監(jiān)測終端由MLX90640 紅外熱成像傳感器、STM32 微處理器和E30-433T20D 無線射頻模塊組成。其中E30-433T20D 無線射頻收發(fā)模塊基于嵌入式高速低功耗單片機和高性能射頻芯片SI4438。采用高效的循環(huán)交織糾檢錯編碼，使得其抗干擾和靈敏度都大大提高。全感知系統(tǒng)安裝在開關(guān)柜內(nèi)，負責(zé)開關(guān)柜內(nèi)部熱信息的采集和處理。

2.2 紅外熱成像防火系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)設(shè)計

紅外熱成像防火系統(tǒng)的傳輸分有線傳輸和無線傳輸兩種。對于配電柜防火監(jiān)測信息的傳輸，采用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，由于無線傳輸方式施工簡便，成本低，一次性投入小，是配電柜紅外熱成像防火系統(tǒng)防火監(jiān)控中首選。本文采用基于超窄帶調(diào)制技術(shù)的E90-DTU 數(shù)傳電臺，電臺一般工作在433MHz 頻段，通訊距離可達10km。內(nèi)置功率放大器（PA）與低噪聲放大器（LNA），使得最大發(fā)射功率達到5W 的同時接收靈敏度也得到了一定程度的提升，與無雙內(nèi)置放大器的產(chǎn)品相比，大大提升了整體的通信穩(wěn)定性。

2.3 紅外熱成像防火系統(tǒng)的上位機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

紅外熱成像防火系統(tǒng)的上位機應(yīng)用系統(tǒng)作為整個防火監(jiān)測系統(tǒng)的心臟，其性能直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的正常運行，并且在設(shè)計時要充分考慮日后的系統(tǒng)擴容。紅外熱成像防火系統(tǒng)的上位機應(yīng)用系統(tǒng)主要包括遠程無線收發(fā)系統(tǒng)和遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測中心。系統(tǒng)通過前端熱成像數(shù)據(jù)采集平臺對防火監(jiān)控區(qū)域內(nèi)配電柜進行視頻監(jiān)控圖像采集，實現(xiàn)全方位監(jiān)控，可對著火配電柜進行智能識別和定位，在應(yīng)用端對采集的數(shù)據(jù)進行分析，當(dāng)判定有火情時，防火系統(tǒng)的指揮中心將會馬上發(fā)出報警信號并將著火點的定位發(fā)送到監(jiān)控室。及時通知相關(guān)值班人員及時清除火災(zāi)隱患。

3 系統(tǒng)現(xiàn)場運行

為了驗證上述理論分析下系統(tǒng)運行的可行性，本研究組搭建了一套基于紅外熱成像技術(shù)的配電柜熱響應(yīng)實驗測試系統(tǒng)。

為了反映配電柜在持續(xù)運行過程中瞬態(tài)熱變化過程，利用紅外熱像儀獲取了配電柜內(nèi)部工作狀態(tài)下的紅外熱圖像，如圖2 所示。

圖2 電阻器工作狀態(tài)下的熱成像

由圖像可以看出，配電柜電氣火災(zāi)綜合預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)可以精確有效的反映配電柜內(nèi)溫度的變化，并且及時作出反饋，具有良好的實用性。

4 結(jié)論

隨著紅外探測成像技術(shù)的不斷成熟，基于紅外熱成像技術(shù)進行溫度測量已在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并且均取得優(yōu)異的實用效果。基于熱成像技術(shù)和現(xiàn)代化的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的配電柜電氣火災(zāi)預(yù)警與監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對配電柜內(nèi)部情況實時預(yù)警及監(jiān)控，降低配電系統(tǒng)安全隱患，保障了人們的生命和財產(chǎn)安全。