1前言
在风力发电系统中，从风机至箱式变到升压站的整个传输线路中，存在大量高压线路和高压设备的连接接点，如母线连接点，各种开关、断路器、主变套管夹、高压电缆接头等。由于气候冷热变化、材料老化、锈蚀、松动，潮湿导致绝缘降低等原因，这些接点易造成接触不良、接触电阻增大。在大电流通过时，容易烧坏设备，严重的甚至引起一次设备起火爆炸。对这些温升故障点的运行状态进行动态追踪监测和预警，不仅可以防止、杜绝此类事故的发生，亦可为电力系统安全可靠分析和科学调度提供重要的决策依据。
目前对高压线路和电气设备的温度监测，使用最多的方式是通过人工手持红外设备定期巡检。而此种方式有很多的弊端：
（1）劳动强度大，需增加工作人员；
（2）温度测量不准，人为的、环境的干扰因素大；
（3）温度的异常不能及时发现；
（4）对历史数据无法进行及时、有效的分析。因而存在无法及时发现故障的隐患。
针对目前高压设备温度监测的现状，为解决在常规的温度监测手段中所遇到的问题，研究一套针对高压电气接点的无线热成像测温系统具有了必要性和紧迫性，为避免高压电气设备事故的发生，起到了很好的监测作用。
无线热成像测温系统是集先进传感技术、无线通信技术、低功耗技术、抗干扰技术，以及自动化控制技术为一体的高新技术产品形成的系统。
2 方案设计及实现
2.1 系统组成
无线热成像测温系统是由红外热成像传感器、无线Mesh节点、无线Mesh网关和监控平台四部分组成。无线热成像测温系统的系统架构包括数据采集层、网络传输层和计算机管理层，层与层相对独立。
数据采集层由红外热成像传感器和无线Mesh节点组成，负责数据采集并将数据通过无线方式与网络层设备通信。热成像传感器分散布置，就地安装在高压配电装置的开断接触点或连接点附近。无线Mesh节点按区域布置，接收本区域内的热成像传感器信号。
网络传输层通过无线自组网方式进行组网通信，无线自组网是一种分布式无中心的无线网络，这种网络结构中的设备通过无线方式组网，设备间无需提前规划路由，可以实现自探测、自组织、智能组网，适用于无信息基础设施条件下的快速组网，既可自行组网，亦可作为各类公网的有效延伸和补充。在风电场建设无线自组网专网，具有采用免授权频段，组网灵活，传输带宽高，能实现塔筒内外的无线通信覆盖等优点。各无线Mesh节点与无线Mesh网关组成无线Mesh（自组网）网络，将数据传输到计算机管理层，实现站级协调、优化控制和当地监测功能，同时实现与远方调度中心的通信。
计算机管理层由计算机管理后台组成，通过以太网接收上传数据，管理系统软件对数据进行分析、统计、处理、存储等。
图1 系统体系架构图
2.2 系统功能
红外热成像传感器安装箱式变、分支箱、对接箱、对接井中电联接头等易发热的接点附近，红外热成像传感器采集并计算电缆接头及电缆的温度，将实时测温数据传送给无线Mesh节点；无线Mesh节点通过无线Mesh网络传送至无线Mesh网关；无线Mesh网关可接收多个测温节点的数据，并通过有线光纤环网或已搭建的无线网络传送至监控中心，监控中心实时监控每个点温度的变化，实现足不出户掌握整个被测系统的发热状况，进而做出正确的决策；监控平台管理无线Mesh节点、无线Mesh网关及热成像传感器，系统由各类测温点的报警策略管理、实时超限报警系统、故障报警指示系统、实时大屏监控系统、数据存储与数据分析系统、用户管理权限系统等子系统构成。
图2 系统组网示意图
2.2.1 红外热成像传感器
红外热成像传感器测温准确、可靠，温度测量范围达到-40～150℃；温度数据精度高，分辨率达到1℃。热成像传感器分散布置，就地安装在高压配电装置（箱式变、分支箱、对接箱）的电缆转接点附近，将采集的测温数据传输给无线Mesh节点。
2.2.2 无线Mesh节点
无线Mesh节点布置在箱式变、电缆分支箱、电缆对接箱和电缆对接井等测温地点，采用太阳能供电系统供电，接收本区域内的热成像传感器信号，每个风机箱式变、电缆分支箱、电缆对接箱和电缆对接井分别安装1个无线Mesh节点，与周边无线Mesh节点和无线Mesh网关进行自组网通信。
2.2.3 无线Mesh网关
无线Mesh网关采用无线通信技术，接收无线Mesh节点的无线信号。无线Mesh网关布置在风机塔基，每3～5（视环境和距离而定）台风机安装1个无线Mesh网关，与周边无线Mesh节点组成无线Mesh（自组网）网络，进行数据通信。无线Mesh网关通过有线光纤环网或已搭建的无线网络将温度数据上传，标准的通信接口协议保证了信息传输的准确可靠。
2.2.4 监控平台
监控平台布置在风电场控制室，监测&管理系统软件构成后台监测系统，对无线Mesh网关推送的数据进行统计、分析，生成历史数据库，实时展示监测点的温度数据及温度变化、水位数据及水位变化；异常时发出报警信号和报警信息。
3 应用效果
（1）无线热成像测温系统解决了传统方式下工作人员定期现场巡查的劳动强度和增加工作人员带来高成本的问题，大大降低运营成本。
（2）无线热成像测温系统能及时发现并提前预判设备的故障，提前消除设备故障，减少设备的损坏，以及因线路温度过高导致集电线路跳闸等带来的各种损失，降低企业的维护成本。
（3）无线热成像测温系统解决了传统测温方式的温度测量不准，受人为、环境干扰因素大的问题。
（4）无线热成像测温系统大幅节约部署成本，可实现组件重点部位的全方位监控，并以电子地图的形式显示整个温度场的分布，可清晰发现温度异常点，判定故障隐患。提前采取措施，避免事故的发生。
