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基于热成像与声波分析的变压器故障预警系统

发布日期:2021-09-02   来源:《变频器世界》21-03期   作者:刘建辉 杨晓冬   浏览次数:678
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【摘   要】:本文利用声波技术和热成像技术,结合LABVIEW软件通过以太网通讯实现对变压器的实时监控。系统能够通过对功率阈值的设定产生对变压器故障的报警,通过热成像技术定位变压器故障对其进行检修。


关键词:
声波;热成像;LABVIEW 

Abstract: In this paper, we use acoustic wave technology and thermal imaging technology, combined with LabVIEW software to realize real-time monitoring of transformer through Ethernet communication. The system can alarm the transformer fault by setting the power threshold, and repair the transformer fault by thermal imaging technology.

Key words: Acoustic wave; Thermography; LABVIEW

 

1. 引言

本系统针对现实生活中变压器出现的故障进行分析。由于变压器故障时会有明显的热源部分并伴有热效应,因此红外线热成像技术能够对变压器过热故障进行在线监测和自动报警。同时,变压器不同状态下会伴有不同的声音;因此我们可以对变压器的声波对变压器进行监控并预警。

本文用一台配置为Intel-I5-8250U CPU、运行内存为8GB的计算机作为上位机,结合热成像、声波技术分析在各个运行条件下变压器的状态;从而实现对变压器故障的监测与预警。

2. 系统设计

2.1  系统需求

1)监控需求

本系统通过红外线成像技术和声波技术可以实时监控变压器所运行时的各个状态,尽可能的在不接触、不停机、不停电的要求下监测发电机。

2)预警功能

在变压器出现故障时,通过LABVIEW软件可以对故障进行远程监控;遇故障,则软件会产生报警。

3)复位功能

在变压器故障解除后,可通过手动方式将系统调制监控状态,以保证后续系统的正常运行。

2.2  系统设计

实际系统整体由主检测器、被测对象、上位机等三个部分组成,具体结构如图1所示。

 

1  系统组成图

主检测器:综合现场安装环境、系统需求及系统成本等方面考虑,选用海康威视网络摄像头DS2-CD3325FD-1、拾音器DS-2FP2020A、热成像半球型网络摄像头DS-2TD1217-2/PA等作为主检测器,包括电源模块以及设备模块

被控对象:以TDGC2接触调压器作为被控对象。

上位机:由装有LABVIEW软件的工控计算机组成。

控制系统的设备清单如附表所示。

 

 

2  控制回路图

2.3  设备的选用和连接

系统需要实时地监控变压器并分析变压器波形的信息,及时的判断变压器是否故障,并在故障时在监控终端形成预警。综上所述,海康威视的DS-IPC-B12H-I摄像头与DS-2FP2020-A监控拾音器满足上述设备需求。

对摄像头激活完成,通过iVMS-4200 Lite对摄像头的IP地址进行注册与编辑,最后通过iVMS-4200 Lite形成预监控图,如图3所示。

 

3  监控预图

3. 系统软件设计

本系统采用LabVIEW软件对监控设备进行控制,因为LabVIEW无法直接对摄像头进行控制,需要通过调用SDK开发包对网络摄像头进行控制。

摄像头程序设计:摄像头程序能够对海康威视的摄像头进行调用,部分摄像头程序如图4所示。

 

4  摄像头控制程序

拾音器程序:监控终端中能够实时的对变压器的声波监控,并及时的反应出来;同时,在变压器声波高于某个预定的值时,设备终端能够及时的报警,故障解除时能够手动将警报解除。拾音器程序如图5所示。

                                

5 拾音器程序

监控根画面:监控根画面如图6所示。图6中左侧可以通过对账号登陆以实现网络摄像头与红外摄像头的实时监控,右侧为拾音器声波的波形、收集声音的频谱分析以及对故障的参数设定和故障的报警与解除。

                                          

6 监控根画面

4. 实际效果图

根据实验需求进行接线,实现由半实物仿真到实际设备的过渡。接线图如图7所示。图7为实物图,图7中主要为红外与可见光摄像头、变压器以及上位机。红外热成像图与声波监控图如图8、图9所示。图8为热成像与变压器的实时监控图,其中热成像画面中红色的深浅代表着此时颜色的高低。图9为声波监控图,当图中警报为红色时,变压器处于故障运行状态。

                                              

7  实际系统接线图

  

                                                    

 

5.结论

本文介绍了基于热成像与声波分析的变压器故障预警系统,该系统能够远程地实现对摄像头以及拾音器进行控制,实时监控变压器运行状态,并对摄像头与拾音器所传输的数据进行分析,实现对变压器故障地检测与预警。本系统具有结构简单、可靠性高、成本低等特点,并将实物与设备终端连接起来,可以快速地检测出变压器故障是否故障,具有很好的推广性。

 

参考文献:

[1]孙武峰,吴志强. 热成像测温系统在电力行业的应用研究[J]. 电工技术, 2018(2):5-6.

[2]陈静. 基于声音信号分析的牵引变压器故障判断方法研究[J].应用研究,2020-2.

 
 
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