一种红外线图像识别的变压器综合温度监测装置

一种红外线图像识别的变压器综合温度监测装置

王联喜1罗良根1吕德权1何骏扬2余伟民2

（1.国网江西省电力有限公司德兴市供电分公司；2.国网江西省电力有限公司赣东北供电分公司；3.南昌大学）

摘要：一种红外线图像识别的变压器综合温度监测装置，它涉及电网电力变压器综合监测技术领域；嵌入式系统控制核心单元连接触摸屏；图像采集模块与嵌入式系统控制核心单元连接；本发明的控制核心单元从图像采集模块获取变压器顶视区域设定范围的红外线图像，根据设定的红外线温度阀值、像素变动阀值检索图像，当发生越限时，图像通过核心控制单元、云平台GPRS模块传输至云平台，云平台针对图像模式识别：若温度越限，识别出越限设备、故障类型，把预警信息、处理意见发送给运维人员；若人员靠近变压器，摄像头采集可见光图像并上传至云平台作行为辨识，存在危险行为的则LED灯光告警、语音告警，同时发送给运维人员告警信息。

电力变压器安全可靠运行是电力系统正常运行的根本保障。在生产运行中，配电变压器损毁故障偶有发生，不但造成电力资产损失及停电引起的电量损失，还影响到供电的优质服务，引发客户投诉。

运行数据显示，配电变压器过负荷，铁芯温度升高，引起变压器线圈绝缘提前老化造成电击穿，占变压器损毁事故的35%；高低压二侧的接线桩头氧化发热损坏，占变压器损毁事故的58%；因此变压器的温度监测尤为重要。

目前，电力系统变压器的日常运维巡视还是依靠人力，这并不能避免故障的发生。体现为：1、巡视间隔长，间隔24小时及以上；2、巡视项目繁多，含变压器的外壳温度、油温、接线桩头温度等项，效果受到巡视人工作经验、观察力、责任心的影响；

另外，供电公司及专变客户的10kV电力变压器常遭受不法分子盗窃，盗窃的时候还偶有触电伤亡的事件发生。

为避免解决上述的不利因素，市场急需一种能代替运维人员日常巡检工作，能实时、准确、可靠地对变压器自动巡视，且在人员接近变压器时自动报警的智能化装置。

一、装置组成：

针对上述问题，笔者研究并发明了一种红外线图像识别的变压器综合温度监测装置。它包含控制核心单元、图像采集模块、电能表采集模块、云平台GPRS模块、继电器组模块、电源模块，所述控制核心单元采用ARM9iMX287A工业四级核心板，控制核心为嵌入式系统控制核心单，且嵌入式系统控制核心单元连接触摸屏；所述的图像采集模块包含一体化设计的红外线摄像头、可见光摄像头、LED闪光灯，图像采集模块与嵌入式系统控制核心单元连接，以布线方式取电和数据传输；所述的电能表采集模块包含串口RS485模块与双绞线，嵌入式系统控制核心单元的串口通过电能表采集模块与电能表连接；所述的云平台GPRS模块作为嵌入式系统控制核心单元与云平台的双向数据传输接口；输出电路包含继电器组模块，继电器组模块为隔离继电器组，所述隔离继电器组的输入端与嵌入式系统控制核心单元连接，输出端与JP柜内开关的控制输入连接；所述的电源模块连接嵌入式系统控制核心单元。

电能表采集模块的RS485口以DL/T645-2007等通讯协议实时采集电能表的有功功率、电压值、电流值等参数；图像采集模块的红外线摄像头测温范围是-20℃～650℃，镜头的视场角为25°×19°，图像分辨率为640×480；温度测量精度为0.1℃；帧频为5Hz。可见光摄像头采集可见光图像，分辨率为1200×900，夜晚可在LED闪光灯点亮的同时，采集可见光图像。

二、实施方式：

如图1所示，实施方式采用以下技术方案：它包含控制核心单元、图像采集模块、电能表采集模块、云平台GPRS模块、继电器组模块、电源模块，所述控制核心单元采用ARM9iMX287A工业四级核心板，控制核心为嵌入式系统控制核心单，且嵌入式系统控制核心单元连接触摸屏；所述的图像采集模块包含一体化设计的红外线摄像头、可见光摄像头、LED闪光灯，图像采集模块与嵌入式系统控制核心单元连接，以布线方式取电和数据传输；所述的电能表采集模块包含串口RS485模块与双绞线，嵌入式系统控制核心单元的串口通过电能表采集模块与电能表连接；所述的云平台GPRS模块作为嵌入式系统控制核心单元与云平台的双向数据传输接口；输出电路包含继电器组模块，继电器组模块为隔离继电器组，所述隔离继电器组的输入端与嵌入式系统控制核心单元连接，输出端与JP柜内开关的控制输入连接；所述的电源模块连接嵌入式系统控制核心单元。

图像采集模块以管型支架固定支撑，安装于变压器顶视的正中，距变压器顶部高度为100cm～150cm的位置，支架高度可根据变压器的型号及顶视范围大小调节；图像采集模块的可视范围为图2的虚线框内；图像采集模块的通讯线及电源线穿过支架连接到位于JP柜内的控制核心单元。

调试人员通过触屏在控制核心单元输入变压器厂家、型号，数据通过云平台GPRS模块上传到云平台，云平台从云存储数据库里调取该型号变压器的数据参数，比对图像采集模块获取的变压器顶视范围（虚线框）内的可见光图像，识别出变压器油温位置区域（散热器），4只低压侧接线桩区域（含低压导线），3只高压侧接线桩区域（含高压导线），环境温度区域（顶视范围内除去电力设备以外区域），将区域框下发到核心控制单元，由调试人员确认保存后，装置进入红外线监测工作状态。

装置进入工作状态后，控制核心单元根据设定的红外线像素点温度阀值、像素位置变动阀值检索图像，当发生越限时，图像通过核心控制单元、云平台GPRS模块传输至云平台，云平台针对图像进行模式识别：

1、若变压器温度越限，根据存储的温度区域位置，识别出越限设备部位及环境温度，同时采集电能表参数得到变压器运行的电压、电流、负荷值，根据数据分析出可能发生的故障类型和故障趋势，把预警信息及处理建议通过云平台发送给运维人员；

2、若人员靠近变压器，摄像头采集可见光图像并上传至云平台作行为辨识，存在危险行为的则LED灯光告警、语音告警，同时发送给运维人员告警信息。

创新功能实现为：

控制核心单元设定的红外线温度阀值、像素变动阀值，并以5分钟为周期，从图像采集模块获取变压器顶视区域设定范围的红外线图像，对图像检索，当发生越限时，核心控制器按算法生成等温线图像上传（GPRS带宽限制，缩减数据量），数据云平台通过Ai组件服务准确的识别出4个低压接线桩及3个高压接线桩，判断温度是否异常。并把判断结果推送至核心控制器及手机APP：若温度越限，识别出越限设备、故障类型，把预警信息、处理意见发送给运维人员；若人员靠近变压器，摄像头采集可见光图像并上传至云平台作行为辨识，存在危险行为的则LED灯光告警、语音告警，同时发送给运维人员告警信息，运维人员可远程操控JP柜内开关，以避免变压器损毁及人身事故的发生。

参考文献：

[1]配电变压器状态评价模型研究[J].邹明翰，缪芸.变压器.2015（04）

[2]110kV及以上SF6断路器状态评价与分析[J].张晗，邓军，黄和燕.高压电器.2015（03）

[3]基于状态监测的配电网可靠性检修选择模型[J].黄嘉健，王昌照，郑文杰，汪隆君.电网技术.2015（01）