Автоматизированная Система Тепловизионной Диагностики Электротехнического Оборудования Подстанций

Данная система выпускается на основе серийно производимых в России тепловизионных модулей.

Автоматизированная система тепловизионной диагностики состоит из:

  1. тепловизионных
    модулей с аналитической системой обработки температурных полей;
  2. датчиков
    (температурного, климатического, влажности, скорости ветра и прочие);
  3. оптоволоконной
    линии передачи сигнала;
  4. сервера
    хранения и обработки данных;
  5. автоматического
    рабочего места пользователя.

Модуль является блоком
полной заводской готовности, он специально разработан для работы в сложных
условиях. Разработаны также типовые схемы размещения системы на реальных
объектах.

Схема расположения тепловизоров на типовом объекте.

Пример расположения тепловизионных модулей в автоматизированной системе круглосуточной тепловизионной диагностики

Табл.1 Характеристики автоматизированной системы тепловизионной диагностики

Условия эксплуатации УХЛ 1 или ЭХЛ 1 ГОСТ 15150
Источник питания АС220V±20%, АС24V±20%, PoE
Частота сети 50 Гц
Спектральный диапазон 7-14 мкм
Размер пикселя 17 мкм
Защищенность IP67
Энергопотребление Максимум 30 Вт, в момент включения Максимум 12 Вт,
нагрев/охлаждение Максимум 6 Вт, без нагрева/охлаждения
Изоляция по входу 3000 В
Импульсный ток До 20 кА
Категория стойкости изоляции блоков питания ГОСТ Р50571.19-2000
Размеры 330×230×180 без бленды 330×300×180 с блендой
Вес

Работа автоматизированной системы, осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения, поддерживающего одновременную стабильную круглосуточную работу нескольких тепловизионных камер, запись полученных данных в видео-формате и его обработку в реальном времени, а также поддержку внешних устройств. Модули проводят ИК-диагностику оборудования, попадаемого в поле зрения системы. В случае неправильной работы оборудования система выявляет нарушение в его работе в условиях эксплуатации и реального времени (т.е. без отключения и вывода оборудования из рабочего процесса). Мониторинг осуществляется автоматически средствами видеонаблюдения, встроенной в систему интеллектуального анализа распределения температурных полей (термоаналитики). На основании полученных данных с тепловизионных полей, система сравнивает показатели с выше заданными параметрами и в случае превышения показателей выдает сигнал тревоги в систему сбора и обработки информации. Сигнал тревоги по системе передачи данных, по оптоволоконным линиям связи, передается на существующий сервер для записи, а также отображает сигнал тревоги в АРМе с выводом на экран термограммы проблемного объекта.

Схема работы автоматизированной системы

Особенности
практической работы

При
проведении тепловизионного обследования электрооборудования существенное
значение имеет выявление и устранение систематических и случайных погрешностей,
оказывающих влияние на результаты измерения. Ими могут являться воздействие
солнечной радиации, выбор излучательной способности, ветер, тепловая инерция,
дождь или снег, магнитные поля и др. Измерения необходимо проводить при
отсутствии прямого сол­нечного излучения, при этом сплошная облачность не
пропускает ИК излучение Солнца и в некоторых случаях возможно проведение
тепловизионной диагностики днем при сплошной облачности. Важ­но, чтобы измерялось
собственное ИК излучение обследуемого объ­екта, которое связано с наличием
дефекта и степенью его развития. Поэтому практически все измерения должны выполняться
в вечернее и ночное время. Измерения в летний период производятся не менее чем
через два часа после захода солнца для исключения погрешно­стей от дневного
нагрева солнцем. При проведении диагностики необходимо учитывать
коэффициент излучения поверхности обследуемого объекта, а также угол между осью
тепловизионного приемника и нормалью к излучающей поверх­ности объекта. При
проведении измерений однотипных объектов необхо­димо располагать тепловизионный
приемник на одинаковом расстоянии и под одинаковым углом к оптической оси к
поверхности объекта. При обнаружении более нагретых зон система оценивает, не
является ли это следствием разницы в коэффициентах излучения, не связано ли это
с наличием отверстий или расположен­ных под углом плоскостей.

Встроенная
в систему термоаналитика позволяет проводить мониторинг всех типов оборудования
по индивидуальным алгоритмам, соответствующим группам оборудования,
согласно РД 153-34.0-20.363-99 «Методика инфракрасной диагностики
электрооборудования и ВЛ». Чувствительность тепловизора и качество изображения
позволяет локализовать перегрев до 0.1оС, осуществлять
тепловизионные испытания электрооборудования при значениях токов линий,
значительно отличающихся от номинальных значений, при этом условия испытаний
различаются по температуре окружающей среды, скорости ветра, габаритах объектов
и т.п.

Вся обработка гибко настраиваемых
тревог
, будь то достижение определенных значений или
рост температуры в зависимости от времени для заранее прописанных зон контроля
осуществляется сервером, а полученные сигналы могут использоваться как для
локальных оповещений, так и для передачи сигналов в используемую сеть
автоматизации и управления данными на предприятии.

Элементная база автоматизированной системы

Предприятие расположено в РФ и имеет производственную базу, которая включает в себя участок по выращиванию монокристаллов германия для производства инфракрасной оптики, линию прецизионной обработки заготовок германия и превращению их в линзы, установки тестирования и контроля оптических поверхностей. Также имеется линия по производству тепловизионных модулей и линия металлообработки, включающая современные токарные и фрезерные станки с ЧПУ.

Важно отметить, что в системе используются отечественные неохлаждаемые микроболометрические приемники. В 2016 г. предприятием было освое­но производства детекторов на основе оксида ванадия в корпу­сах из вакуумплотной керамики ВК-94. За счет новой топо­логии мультиплексоров удалось су­щественно увеличить чувствитель­ность приемников (до 40 мК) и начать серий­ное производство микроболометров, работающих в диапазоне 8-14 мкм. С 2016 г. все тепловизионные при­боры для систем безопасности изго­тавливаются на предприятии на осно­ве микроболометрических детекто­ров собственного производства Астрон-38425-1 и Астрон-64025-1 с разме­ром чувствительных элементов мат­рицы 25 мкм. В 2017 г. начат выпуск чувствительного элемента 17 мкм.

Табл.2 Технические характеристики детекторов

Технология Оксид ванадия VOx
Спектральный
диапазон
8-14
мкм
Размер
мультиплексора
384х288
Размер пикселя 17
мкм
Частота кадров 50/60
Гц
NETD
при F=1.0,
300 K,
50 Гц
<60
мК
Изменение напряжения сетки на пиксель SiTF 5-20 мВ/К
устанавливается
Термоэлектронная стабилизация
(TEC)
Возможно
без TEC
Объем нерабочих
пикселей
<0.1%
Средняя
постоянная времени отклика пикселя
10
мс, 7 мс
Время накопления настраивается
Амплитуда
выходного сигнала
1.0-3.5
В
Питание
аналоговой части
3.6 В
Питание цифровой
части
1.8 В
Потребляемая
мощность без учета ТЕС
<150
МВт
Корпус металлический
Рабочая
температура
-40
+60 С
Вес <25
г

Заключение

Возможность
установки тепловизионного оборудования для круглосуточного контроля
энергетического оборудования является существенным шагом в целях бесперебойного
безаварийного электроснабжения.

Применение отечественной
системы автоматической сигнализации на основе круглосуточного тепловизионного
наблюдения позволит диагностировать проблемы на ранних стадиях их
возникновения.