输变电设备在线监测装置校准规范 红外成像在线监测装置编制说明.docx
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1、国家计量技术规范输变电设备在线监测装置校准规范:红外成像在线监测装置编制说明JJF输变电设备在线监测装置校准规范:红外成像在线监测装置起草工作组参考现行相关标准,噪声等效温差、最小可辨温差、测温一致性、 特征空间频率,引自GB/T 19870-2018;仪器常数,引自JJF 78-2014 (军工);红外成像装置性能参数测试系统、信号传递函数为本规范 首次提出。9.4 概述为了更好理解红外成像装置的工作原理和结构特点,给出了工作 原理图和结构示意图。同时,结合产品调研情况和输变电设备在线监 测的应用需求,对监测装置进行了分类,便于后续分别列出计量特性。监测装置的应用场景分为:巡检和精确诊断。巡
2、检型,一般搭载 机器人、导轨或者云台,按预设的移动路线,对视场范围内的电力设 备进行巡视,反响温度或红外图像巡检结果至后台分析;精确诊断型, 一般搭载云台,用于开展重点电力设备的红外监测,其分辨力和灵敏 度较普通的巡检型要更高。9.5 计量特性监测装置具备:前端传感单元与后台成像显示单元相对独立、安 装在输变电现场运行情况浮渣、且一旦投运后难以拆卸送检、更关注 成像质量和细小温差的分辨能力等特点。结合监测装置的工作原理、 技术特点和应用需求,通过产品调研和综合分析,提出了监测装置五 个方面的关键计量特性,如下:(1)温度示值误差,是最基本、最关键的量值参数,纳入计量 特性。(2)测温一致性,监
3、测装置在应用时,会通过视场区域内的相 邻设备、同类设备、其他相别设备的温度横向比照预警故障,因此, 视场内不同区域的温度测量结果的一致性,是影响其使用效果的关键 性能指标,应纳入计量特性中。第9页,共17页(3)红外监测装置,应用在现场复杂环境下,其测量回路的信 号噪声比,会影响其探测的灵敏度、进而影响测量效果。因此,表征 其信噪比的关键性能参数一一噪声等效温差(NETD),应纳入计量 特性。(4)红外监测装置开展电气设备状态预警的基本原理是通过局 部过热点,判断电气设备内部是否存在缺陷。对于电压制热型缺陷, 需要热像图中能分辨出足够的细节轮廓,才能判断内部是否存在缺陷, 监测装置的细节分辨能
4、力非常重要,会直接影响监测和预警效果。表 征监测装置分辨细小温差的性能参数一一最小可辨温差(MRTD), 应纳入计量特性。(5)监测装置在现场连续工作,其示值稳定性也会影响监测效 果,综合GB/T 19870-2018工业检测型红外热成像仪对监测装置 稳定性的技术要求,将短时稳定性也纳入计量特性。对每个计量特性参数的取值范围,结合现有GB/T 19870-2018的 相关规定、并综合产品调研结果和实际应用需求确定,如下:(1)测温准确度:测温准确度与GB/T 19870-2018和产品调研情 况完全一致,为2。/2%读数(取绝对值大者)。考虑电力设备红 外监测不会出现过高、过低的温度,参照DL
5、/T 664-2016电力设备 红外诊断应用导那么,将测温准确度限定为-20。(2-+350。(2的范围内。(2)测温一致性:反映的是被测对象在监测装置视场不同区域 时,测温结果的一致程度。以变压器套管为例,当监测装置对同一个 套管进行红外成像时,套管不同部位会出现在监测装置视场画面的不 同地方;而套管发生局部过热时,该部位温度相较其他部位会增加; 假设监测装置测温一致性不好,那么有可能导致误判。因此,精确诊断型 对监测装置测温一致性的要求更高。综合行业应用需求和现有产品的第10页,共17页 技术参数调研,巡检型的监测装置的测温一致性为2七;精确诊断 型装置的测温一致性为0.5。(3)噪声等效
6、温差(NETD):噪声等效温差反映的是监测装置 的热灵敏度。结合产品调研情况,并与GB/T 19870-2018保持一致, 一般巡检型:NE7B值W0.15;精确诊断型:NETO值W0.10。(4)最小可辨温差QMRTD):监测装置在运行中对细小温差的 分辨能力,决定了其应用效果;结合产品调研的技术参数来看,并与 GB/T 19870-2018保持一致,一般巡检型:值W0.8;精确诊 断型:MRa值WOEC。同时,为了防止生产商通过增加算法来掩饰 红外监测装置真实的温差分辨力,要求MRTD应在与NETD一致的工 作模式下进行测量,且选择0.5倍特征空间频率对应的四杆靶。同时, 由于现有局部监测
7、装置产品,可在成像算法中通过特殊的算法设计, 人为降低NE)或者降低的测试结果。由于通过算法降低 或者降低R7D的方式,在两个参数维度下不能兼容,即通过一种算 法降低NE7D时,MRTD会增大;而通过另一种算法降低时, NETD会增大。因此,在计量特性中,要求在与NE7D相同的工 作模式下进行测量,才能真实反映监测装置的成像性能。(5)稳定性:参考GB/T 19870-2018,监测装置长期运行在现场, 其短时稳定性应与其最大允许误差的要求一致。9.6 校准条件环境条件环境条件分实验室校准和现场校准。实验室校准时,环境条件与 JJF 1187-2008保持一致。第11页,共17页现场校准时,面
8、临的情况复杂,因此从:标准黑体辐射源和被校 监测装置的环境条件和供电电源条件、环境温度、环境湿度、风速、 周围热辐射体等多个方面提出环境条件要求。标准黑体辐射源所处的环境条件应符合其出厂规定;通过文献、 标准、产品说明书调研,为保证黑体腔体温度的稳定性及均匀性,黑 体辐射源在设计之初会在腔芯外添加固态或气态保温绝缘层来保证 相关性能,因此黑体辐射源在工作温度范围的工作特性及变化规律是 需要根据设备材料、结构尺寸及工作模式等多个因素相关,各种黑体 辐射源的环境影响特性不具备通用性及普适性。所以在现场校准时, 应确保黑体辐射源所处的环境条件与其工作要求的环境条件相符合。被校监测装置在现场校准时,无
9、法拆卸,因此,应防止现场校准 时的环境条件偏离被校监测装置制造商规定的环境条件。环境温度、环境湿度,参考国内南北地域特点、验证试验中环境 温湿度对校准结果的影响分析,综合考虑现场校准实施的便捷性,确 定为温度(540) ,不大于85%,无凝露。在有明显气流(风)时,红外辐射在大气中传输会受到影响。考 虑到现场校准时,大局部监测装置与黑体辐射源的距离可能在3m以 上;有风的环境下会对校准过程产生影响,因此参考DL/T664-2016, 提出“风速不大于5m/s (风力等级3级及以下),且天气晴朗,无雨、 雪、雾等情况二考虑到被校监测装置安装点周围会存在处于带电运行条件下的 电力设备,可能存在热辐
10、射的干扰;因此提出“被校红外监测装置与 黑体辐射源之间的空间区域内无其他明显热辐射体(如运行中的变压 器、电抗器等),测量标准及辅助设备第12页,共17页根据监测装置的计量特性,测量标准包括:黑体辐射源、红外成 像性能参数测试系统。黑体辐射源用于开展温度示值误差、测温一致 性、稳定性的校准,红外成像性能参数测试系统用于开展的校准。辅助设备包括:绝缘电阻测试仪、介电强度测试仪, 用于开展交流电源供电的监测装置的电气平安性试验。此外,辅助设 备还包括“校准所需支架”。黑体辐射源采用腔式黑体。其技术参数参考JJF 1187-2008. DL/T664-2016提出。主要参数包括:温度范围、空腔发射率
11、率、稳定 度。黑体辐射源的计量特性溯源测试,目前已有十分成熟的规程和方 法,温度参数均可溯源至国家最高计量标准。红外成像性能参数测试系统,其技术参数参考JJF(军工)78-2014 提出,综合考虑现有的美国SBIR、以色列CI、国内凯尔文/南奇星等 红外成像性能测试系统的产品技术参数确定。红外成像性能参数测试 系统的核心器件是:温差源黑体、平行光管、数据采集系统。温差源 黑体的量值溯源方法与黑体辐射源一致。平行光管在产品定型后就是 固定不变的,对校准过程的影响反响在仪器常数中。光学数据采集系 统,其校准方法是对信号采集系统的电平值进行量值溯源。因此,红 外成像性能参数测试系统具备量值溯源和传递
12、的可行性,且目前国内 也有具备CNAS认可资质的检测机构开展此工作。支架,是开展校准所必须的辅助设施。尤其是现场校准时,被校 监测装置的位置相对固定,因此,选择合适的支架,实现监测装置与 黑体辐射源的相对位置调节,至关重要。根据开展现场校准的实际工 作经验,从便捷性、平安性、可操作性等方面综合考虑,提出支架的 相关要求;并针对不同应用场景下监测装置的安装特点,给出支架的 建议方式。第13页,共17页绝缘电阻测试仪、介电强度测试仪的参数要求沿用通用要求。激 光测距仪,用于在现场校准过程中确定被校监测装置与黑体辐射源的 实际距离,也作为辅助设施提出。9.7 校准工程和校准方法校准前准备包括外观及通
13、电检查、绝缘电阻试验、介电强度试验,均采用成 熟方法开展。实验室校准时,除了常规检查内容外,还包括:监测装置的通电 热机时长要求;因为监测装置的设计目的是用于长时间、不停电连续 监测,热机时间达不到制造厂要求,会导致内部探测器、处理电路无 法到达设计的热平衡状态,进而导致测温结果呈现较大偏差,因此, 单独对热机时间提出要求。现场校准时,监测装置长时间运行在户外,镜头的清洁程度可能 影响成像和测温效果,因此需进行检查、必要时进行清洁。此外,在 开展红外监测装置现场校准的验证试验过程中,发现监测装置可见光、 红外传输通道的网络出现卡顿的情况下,会导致监测装置无法追踪画 面内的高温区域、导致无法对黑
14、体辐射源进行准确测温;因此,现场 校准前,需重点对网络传输的流畅度、实时性进行检查。9.7.1 示值误差温度示值误差试验采用标准源法。经过有效溯源的黑体辐射源作 为温度标准,监测装置对其进行测量和显示。比拟黑体辐射源的标准 值、与监测装置显示值,计算示值误差。温度示值误差的实验室校准方法,是业内成熟的校准方法,本规 范参考了JJF1187,编制了温度示值误差的实验室校准方法。第14页,共17页温度示值误差的现场校准,涉及到黑体辐射源的位置摆放于固定、 测试距离确实定,单独进行了说明。同时,考虑到现场校准实施的工 作量,对温度测量点进行了优化和缩减,重点在电气设备红外监测中 一般缺陷、严重缺陷、
15、危及缺陷对应的温度范围内进行温度测试点的 选取。9.7.2 测温一致性根据测温一致性的参数定义,分别在视场的9个区域,对同一个 黑体辐射源温度值进行测量。9个点与中心点的示值的最大温差,作 为测温一致性的校准结果。此方法也是业内成熟的校准方法。测温一致性的校准需在示值误差的校准之后开展。示值误差合格 的前提下,开展测温一致性的校准和判定才有意义。9.7.3 NETDNETD的校准,参考了JJF78 (军工),采用的是NE70的物理定义 进行校准,运用“红外成像装置性能参数测试系统”开展。首先测试 确定信号传递函数(SiTF),然后通过的物理计算公式,实现 的校准。SzTF的检测方法为:选择刀口
16、靶或者其他合适靶标,调节被校红 外监测装置的位置,使靶标成像在视场中心、且图像清晰;同时将被 校红外监测装置增益设置为最高值,电平设置为中间值。在红外成像 性能参数系统上设置温差范围、变化步长、被校红外监测装置的视频 制式和帧频;从负温差开始按设定的温差步长逐渐增加温差,连续采 集并存储被校红外监测装置对靶标在一系列温差下的图像。以红外成 像性能参数系统输出的温差为横坐标,被校红外监测装置的差分视频 电压的多帧平均值为纵坐标,绘制曲线;取该曲线中间的线性段局部, 计算&7尸。然后通过连续采样,计算红外监测装置的噪声电压S,进 而求取NE7D。第15页,共17页9J.5MRTDMRTD的方法,也
17、采用业内测试和评价红外成像系统性能参数的 主流方法。测试方法参考了 JJF78 (军工)提出。但其测试过程中的 空间频率力的选择,JJF 78 (军工)中的相关条款较为苛刻,要求在 不同在空间频率为(0.2%、0.5%、1.0为、1.2/)下分别进行测量, 并绘制不同空间频率下的曲线。GB/T 19870中,要求在 测试时选择被校监测装置0.5%对应的四杆靶为靶标。本规范中考虑 到输变电红外监测装置产品的技术需求没有军用产品那么严苛,同时 为了确保与GB/T 19870协调一致,要求在0.5为下进行R7D的校 准。血77)的校准过程为:选择0.5倍空间频率(0.5为)对应的四杆 靶为靶标;调整
18、被校红外监测装置的显示亮度和比照度至最正确观测状 态;调节黑体温差,使黑体温度高于靶标温度,且观测者能清晰分辨 四杆靶,然后调节黑体降温,直至刚好能分辨四杆靶图像,此时对应 的温差为正温差Tl;随后调整黑体温差,使黑体温度低于靶标温度, 使四杆靶能清晰分辨,然后调节黑体升温,直至刚好能分辨四杆靶图 像,此时对应的温差为负温差412。正负温差绝对值的1/2,为MRTD 的校准结果。9.7.6 稳定性短时稳定性的校准在实验室内开展,其校准方法与温度示值误差 校准一致。9.8 校准结果表达参考JJF 1001及同类技术规范制定。9.9 复校时间间隔监测装置投运后难以拆卸送检;其复校时间间隔需结合监测
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