阅读说明：本技术 采用非侵入方式测量电气设备内部温度的方法及系统 (Method and system for measuring internal temperature of electrical equipment in non-invasive manner ) 是由 罗远荣 刘晓 王少华 段宜廷 杨强 张裕汉 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种采用非侵入方式测量电气设备内部温度的方法及系统。所述方法包括于所述电气设备的表面涂敷一层碳素材料；获取经所述碳素材料涂覆后的电气设备表面发射的红外辐射能量；对所述红外辐射能量进行处理、分析以获取所述电气设备内部的温度。上述采用非侵入方式测量电气设备内部温度的方法,通过在电气设备的表面涂敷一层碳素材料,使得电气设备表面的发射率增加,然后再获取经过所述碳素材料涂敷后的电气设备表面发射的红外辐射能量,并对获取到的红外辐射能量进行处理、分析,一方面,本申请不必深入电气设备的内部,另一方面,通过对所述红外辐射能量进行处理、分析再获取到所述电气设备内部的温度,可以使得获得的温度更加准确。(The invention relates to a method and a system for measuring the internal temperature of electrical equipment in a non-invasive manner. The method comprises the steps of coating a layer of carbon material on the surface of the electrical equipment; acquiring infrared radiation energy emitted by the surface of the electrical equipment coated with the carbon material; and processing and analyzing the infrared radiation energy to obtain the temperature inside the electrical equipment. According to the method for measuring the internal temperature of the electrical equipment in the non-invasive mode, the surface of the electrical equipment is coated with the layer of carbon material, so that the emissivity of the surface of the electrical equipment is increased, then the infrared radiation energy emitted by the surface of the electrical equipment coated with the carbon material is obtained, and the obtained infrared radiation energy is processed and analyzed.)

采用非侵入方式测量电气设备内部温度的方法及系统

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，特别是涉及一种采用非侵入方式测量电气设备内部温度的方法及系统。

背景技术

供电行业常见的开关柜热故障是由于高压开关长时间大负荷运行、接头松动、触头老化、接触面压力不够等诸多因素导致接触电阻增大，进而引起触头温度升高所致。热故障造成设备的损坏影响到人民群众的生活及企业的正常生产，给供电公司造成一定的经济损失和负面影响。开关柜内结构环境复杂，不便于故障的查找，还浪费大量的人力、物力。

目前国内变电站内普遍采用的测温手段是示温变色蜡片法、红外测温法、接触式测温电阻法。示温变色蜡片法测温误差大，实用性差，红外测温法无法透过设备外壳监测到设备内部的高温；设备内部采用的接触式测温电阻法，存在高电压隔离和测温器件温度过热的问题，实用性差。随着电压等级的提高和用电负荷的逐年增长，以上方法的局限性越来越明显。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种采用非侵入方式测量电气设备内部温度的方法及系统。

一种采用非侵入方式测量电气设备内部温度的方法，所述方法包括：

于所述电气设备的表面涂敷一层碳素材料；

获取经所述碳素材料涂覆后的电气设备表面发射的红外辐射能量；

对所述红外辐射能量进行处理、分析以获取所述电气设备内部的温度。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

对所述电气设备表面发射红外辐射能量进行聚焦；

将聚焦后的所述红外辐射能量中的杂散光进行滤除。

在其中一个实施例中，所述对所述红外辐射能量进行处理、分析以获取所述电气设备内部的温度的步骤，包括：

获取经聚焦、滤除处理后的与所述红外辐射能量对应的温度数据；

对所述温度数据进行温度补偿和数据修正处理；

以处理后的所述温度数据作为所述电气设备内部的温度。

在其中一个实施例中，所述采用非侵入方式测量电气设备内部温度的方法还包括：

判断所述电气设备内部的温度是否超过第一预设阈值，响应于所述温度没有超过所述第一预设阈值，则输出第一警示信号。

在其中一个实施例中，所述采用非侵入方式测量电气设备内部温度的方法还包括：

响应于所述温度超过所述第一预设阈值，则再判断所述温度是否超过第二预设阈值；其中，所述第二预设阈值大于所述第一预设阈值；

响应于所述温度超出所述第二预设阈值，则输出第二警示信号。

在其中一个实施例中，所述采用非侵入方式测量电气设备内部温度的方法还包括：

在预设时间间隔内将超过所述第二预设阈值的温度数据发送至运维人员的终端设备上。

基于同样的发明构思，本申请还提供一种采用非侵入方式测量电气设备内部温度的系统，所述电气设备表面涂敷有一层碳素材料；所述系统包括：

光电探测单元，所述光电探测单元用于获取经所述碳素材料涂覆后的电气设备表面发射的红外辐射能量，并将所述红外辐射能量转换成相对应的电信号；

处理器，与所述光电探测单元电连接，用于对所述电信号进行处理、分析以获取与所述电信号对应的温度数据。

在其中一个实施例中，所述系统还包括：

光学单元，设于所述电气设备和所述光电探测单元之间，用于对所述电气设备表面发射红外辐射能量进行聚焦、并将聚焦后的所述红外辐射能量中的杂散光进行滤除。

在其中一个实施例中，所述系统还包括：

驱动单元，与所述光电探测单元固定连接，用于驱动所述光电探测单元沿预设方向转动以扫描所述电气设备发射的红外辐射能量。

在其中一个实施例中，所述处理器还用于在所述电气设备内部的温度超过预设阈值时发出警示信号；所述系统还包括：

警示单元，与所述处理器连接，用于接收并响应所述警示信号，产生视觉和/或听觉警示信号。

上述采用非侵入方式测量电气设备内部温度的方法及系统，通过在电气设备的表面涂敷一层碳素材料，使得电气设备表面的发射率增加，然后再获取经过所述碳素材料涂敷后的电气设备表面发射的红外辐射能量，并对获取到的红外辐射能量进行处理、分析，一方面，本申请不必深入电气设备的内部即可实现电气设备内部温度的测量，另一方面，通过对涂敷有一层碳素材料的电气设备的表面辐射的红外能量进行获取、处理、分析再获取到所述电气设备内部的温度，可以使得获得的温度更加准确。

附图说明

图1为一实施例中的采用非侵入方式测量电气设备内部温度的方法的流程示意图；

图2为另一实施例中的采用非侵入方式测量电气设备内部温度的方法的流程示意图；

图3为图1中步骤S106的子步骤流程示意图；

图4为一实施例中的采用非侵入方式测量电气设备内部温度的系统结构示意图；

图5为一实施例中的光电探测单元的组成结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

请先参阅图4，如图4所示，本申请提供一种采用非侵入方式测量电气设备内部温度的系统，所述电气设备10表面涂敷有一层碳素材料102；所述系统可以包括光电探测单元20和处理器30；其中，所述光电探测单元20用于获取经所述碳素材料102涂覆后的电气设备10表面发射的红外辐射能量，并将所述红外辐射能量转换成相对应的电信号；所述处理器30与所述光电探测单元20电连接，用于对所述电信号进行处理、分析以获取与所述电信号对应的温度数据。

具体地，本申请的电气设备10可以为供电行业中的开关柜，经碳素材料涂敷后，开关柜内部的电场分布不会被改变，同时，经碳素材料涂敷后的开关柜的表面还具有高发射率，可以理解，该涂敷于所述开关柜表面的涂层还可以是其他能够使得开关柜表面具有高发射率的特殊材质。本申请的光电探测单元20可以具体为红外探测器，该红外探测器的型号可以为MLX90614非接触式红外线温度感应芯片，该芯片的测温范围为-40℃～125℃，同时，MLX90614非接触式的红外线温度感应芯片中还设置有先进的低噪音放大器。

本申请为了使得电气设备10表面发射的红外辐射能够尽可能多的被探测到，在电气设备10的表面涂敷有一层碳素材料102，使得电气设备10表面具有高的发射率，经涂敷后的电气设备10辐射的红外能量被光电探测单元20探测接收。同时，将电气设备10各部分辐射的红外能量组合起来就获得电气设备10辐射的红外能量分布图形，通过光电探测单元20的接收、处理器30的处理和分析后就能够获得一幅关于电气设备10表面红外能量分布的红外热像图，这种热像图与电气设备10表面的热分布场相对应，从而使得本申请能够准确找到电气设备10内部的温度异常点，实现电气设备10内部各元器件的温度检测。

综上，采用本申请的系统一方面保证了测温的效果，同时又弥补了热成像成本过高的缺点，比较经济，安装方便，适用于新开关柜出厂安装或对老旧开关柜改造，可以在确保设备安全运行的前提下节约巨大费用。

一般来说，所有高于绝对零度(-273℃)的物体都会发出红外辐射，但是限于物体本身的性质和表面覆盖的材料，会导致物体发出的红外辐射不容易被探测到，进而导致测量的温度不准；现有的做法通常是调整光学探测单元与待测物体之间的距离，准确的说，是调节光学探测单元中探头与待测物体之间的距离，因为探头到待测物体之间的距离直接关系到测量班直径大小，要确保待测物体大于光电探测单元所测圆点的大小，待测物体越小，则应当离得越近。

具体地，可参阅图5，为一实施例中的光电探测单元20的组成结构示意图。该光电探测单元20可以包括集成在底座(图未示)上的滤光片210，黑体220，感光芯片230及环境温度传感器240；其中，滤光片210主要设置于所述感光芯片230接收光线的一侧，也就是入光侧，该滤光片210可以是基于硅介的滤光片；黑体220主要用于提供发射率参照，从而可以更加准确的通过获取到的红外辐射能量获取电气设备10内部的温度；感光芯片230，环绕所述黑体220设置于所述底座上，其主要用于接收经滤光片210滤除后的光信号，并将该光线转变为对应的电信号；环境温度传感器240主要用于获取环境中的温度，该环境温度可用于后续为了获得更准确的温度数据时的数据处理过程中。

在一个实施例中，请继续参阅图4，为了使得电气设备10发射的红外辐射能量尽可能多的被光电探测单元20探测到，本申请的系统在光电探测单元20和所述电气设备10之间还设置有光学单元40，所述光学单元40用于对所述电气设备10表面发射红外辐射能量进行聚焦、并将聚焦后的所述红外辐射能量中的杂散光进行滤除。其中，该光学单元40可以为一个透光镜，该透光镜可以汇聚其视场内目标的红外辐射能量。光学单元40的设置主要依据光电探测单元20中的探头到电气设备10的距离来针对性设计。所述杂散光可以为可见光和近红外光，相应的，光学单元40要滤除的杂散光就为可见光和近红外光，能够减少外界非目标光源对测量结果的影响，按照红外热相规则，结合电气设备10内部温度，光电探测单元20探测温度的实际区间为300℃以内，探测的光线频段范围可以为8～141μm，这个波段的光谱能有效避免大气尘埃和水汽对红外线传输中的衰减，使得光电探测单元20具有针对性强的红外辐射探测能力。

进一步地，处理器30对电信号的处理、分析可以是先将光电探测单元20传输的电信号转换成温度数据，然后再将该温度数据进行环境温度及光学设备(光学单元、光电探测单元)的衰减补偿，然后再根据电气设备10的发射率以及光学单元40的透射率进行数据修正，从而提高温度输出的准确性，降低外界的干扰。

为了保证光电探测单元20能够更多的探测到电气设备10发射的红外辐射能量，本申请的系统还设置有驱动单元50，光电探测单元20固定设置于该驱动单元50上，所述驱动单元50用于驱动所述光电探测单元20沿预设方向转动以扫描所述电气设备10发射的红外辐射能量。具体地，考虑到电气设备10为开关柜，而开关柜具有一定的长宽高，所以本申请的驱动单元50可以驱动光电探测单元20沿开光柜的高度方向旋转，其中，驱动单元50的旋转范围为180°。可以理解，为了使得电气设备10内部的各元件的温度能够都被探测、采集，本申请的光电探测单元20可以设置于电气设备10的多个位置。

在一个实施例中，请继续参阅图4，所述处理器30还用于在所述电气设备10内部的温度超过预设阈值时发出警示信号；所述系统还可以包括警示单元60，与所述处理器30连接，用于接收并响应所述警示信号，产生视觉和/或听觉警示信号；也就是说，警示单元60接收到警示信号之后可以仅产生视觉警示信号，也可以仅产生听觉警示信号，还可以同时产生视觉警示信号和听觉警示信号，相应的，警示单元60可以是能产生听觉警示信号的音频输出设备(例如扬声器)，也可以是能产生视觉警示信号的显示单元(LED、LCD等)，还可以是同时包括音频输出设备(例如扬声器)和显示单元(LED、LCD等)的单元；本具体实施例中，警示单元60为同时具备音频输出设备(例如扬声器)和显示单元(LED、LCD等)的单元，其中，显示单元具体可以为显示多种颜色的LED(发光二极管)，音频输出设备具体可以为蜂鸣器。

具体地，处理器30内部可以设置有两个温度限定值T1和T2，其中，T1＜T2，处理器30获取的电气设备10的温度记为T，据此可以划分出三个温度状态，也即是：在温度T小于等于T1的时候，判断为正常温度，此时，处理器30可以输出第一警示信号，在该第一警示信号的作用下，警示单元60的绿灯亮，蜂鸣器不响；当T＞T2，判断为严重高温时，此时，处理器30可以输出第二警示信号，在该警示信号作用下，警示单元60中红灯亮，蜂鸣器响；进一步地，当T1＜T≤T2，判断为异常高温，此时，警示单元60中黄灯亮，蜂鸣器响；

更进一步地，为了便于运维人员即使掌握情况，处理器30还会通过无线传输网络每间隔一段时间t发送一次报警短信到运维人员的终端设备上。

在一个实施例中，根据前述的描述可以获知，本申请的系统可以应用至新开关柜出厂安装或对老旧开关柜改造，所以，为了使得改造更加成功，可先对整个系统进行前期的运行调试。具体地，在运行调试的时候可以利用温度校验仪MX824-J模拟产生高温来检验系统的测温准确性和报警情况。

尽管未示出，本申请的系统还可以包括对光电探测单元转变后的电信号进行放大、滤波的电路，在此不作一一赘述。

请参阅图1，为一实施例中的采用非侵入方式测量电气设备内部温度的方法的流程示意图。该方法可以基于前述所述的采用非侵入方式测量电气设备内部温度的系统，同时辅助参阅图4，该方法可以包括步骤S102-S106。

步骤S102，于所述电气设备的表面涂敷一层碳素材料。

具体地，该电气设备10可以为供电行业中的开关柜，经碳素材料102涂敷后，开关柜内部的电场分布不会被改变，同时，经碳素材料涂敷后的开关柜的表面还具有高发射率，可以理解，该涂敷于所述开关柜表面的涂层还可以是其他能够使得开关柜表面具有高发射率的特殊材质。

步骤S104，获取经所述碳素材料涂覆后的电气设备表面发射的红外辐射能量。

具体地，可通过前述所述光学单元40和光电探测单元获取经所述碳素材料涂覆后的电气设备10表面发射的红外辐射能量。

步骤S106，对所述红外辐射能量进行处理、分析以获取所述电气设备内部的温度。

具体地，该采用非侵入方式测量电气设备内部温度的方法还可以包括子步骤S202-S204。

步骤S202，对所述电气设备表面发射红外辐射能量进行聚焦。

步骤S204，将聚焦后的所述红外辐射能量中的杂散光进行滤除。

具体地，可通过前述所述的光学单元40(透光镜)对所述电气设备10表面发射红外辐射能量进行聚焦、并将聚焦后的所述红外辐射能量中的杂散光进行滤除。其中，该光学单元40可以为一个透光镜，该透光镜可以汇聚其视场内目标的红外辐射能量。光学单元40的设置主要依据光电探测单元20中的探头到电气设备10的距离来针对性设计。所述杂散光可以为可见光和近红外光，相应的，光学单元40要滤除的杂散光就为可见光和近红外光，能够减少外界非目标光源对测量结果的影响。

进一步地，该步骤S106可以包括步骤S302-S306。

步骤S302，获取经聚焦、滤除处理后的与所述红外辐射能量对应的温度数据。

步骤S304，对所述温度数据进行温度补偿和数据修正处理。

步骤S306，以处理后的所述温度数据作为所述电气设备内部的温度。

具体地，可通过前述所述的光电探测单元20对经聚焦、滤除处理后的红外辐射能量进行转变，转变成电信号，然后再通过前述所述的处理器30将光电探测单元20传输的电信号转换成温度数据，然后再将该温度数据进行环境温度及光学设备(光学单元、光电探测单元)的衰减补偿，然后再根据电气设备10的发射率以及光学单元40的透射率进行数据修正，从而提高温度输出的准确性，降低外界的干扰，最后处理器30以经过衰减补偿、数据修正的温度数据作为所述电气设备10内部的温度。

在一个实施例中，所述方法还可以包括步骤：

判断所述电气设备内部的温度是否超过第一预设阈值，响应于所述温度没有超过所述第一预设阈值，则输出第一警示信号。

具体地，处理器30内部可以设置有第一预设阈值T1，处理器30获取的电气设备10的温度记为T，在温度T小于等于第一预设阈值T1的时候，判断为正常温度，此时，处理器30可以输出第一警示信号，在该第一警示信号的作用下，警示单元60的绿灯亮，蜂鸣器不响。

进一步地，所述方法还可以包括步骤：

响应于所述温度超过所述第一预设阈值，则再判断所述温度是否超过第二预设阈值；其中，所述第二预设阈值大于所述第一预设阈值；

响应于所述温度超出所述第二预设阈值，则输出第二警示信号。

具体地，处理器30内部还可以设置有第二预设阈值T2，其中，第二预设阈值T2大于第一预设阈值T1；当T＞T2，判断为严重高温，此时，处理器30可以输出第二警示信号，在该警示信号作用下，警示单元60中红灯亮，蜂鸣器响；进一步地，当T1＜T≤T2，判断为异常高温，此时，警示单元60中黄灯亮，蜂鸣器响。

更进一步地，所述方法还可以包括步骤：

在预设时间间隔内将超过所述第二预设阈值的温度数据发送至运维人员的终端设备上。

具体地，为了便于运维人员即使掌握情况，处理器30还会通过无线传输网络每间隔一段时间t发送一次报警短信到运维人员的终端设备上。其中，终端设备可以为智能手机、平板电脑、台式电脑等设备。

综上，采用本申请的方法一方面保证了测温的效果，同时又弥补了热成像成本过高的缺点，比较经济，安装方便，适用于新开关柜出厂安装或对老旧开关柜改造，可以在确保设备安全运行的前提下节约巨大费用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。