发电行业热成像测温系统解决方案.docx

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发电行业热成像测温系统解决方案

发电行业热成像测温系统解决方案

第一章背景及需求5

1.1应用背景5

1.2业务现状5

1.3需求分析5

1.3.1业务需求5

1.3.2系统需求6

1.4总体目标6

第二章系统总体思路7

2.1设计原则7

2.2设计依据7

2.3设计思路8

第三章系统总体设计9

3.1总体架构9

3.1.1系统拓扑9

3.1.2系统组成10

3.2系统功能11

3.2.1基础功能11

3.2.2特色功能14

3.3系统特点16

3.3.1精确测温16

3.3.2全区域无死角16

3.3.3高可靠性设计17

第四章前端系统18

4.1设计思路18

4.2前端部署18

4.2.1水电站风洞层18

4.2.2水电站、抽蓄电站出线场21

4.2.3水电、抽蓄、火电电缆测温22

4.2.4主变压器测温23

第五章中心系统25

5.1存储系统25

5.1.1NVR存储25

5.1.2CVR存储25

5.1.3存储容量计算26

5.2解码拼接系统26

5.2.1解码器27

5.2.2图像处理器29

5.2.3视频综合平台30

5.3大屏幕显示系统30

5.3.1LCD显示单元32

5.3.2DLP显示单元33

5.3.3LED显示单元34

第六章传输系统36

6.1传输网络总体设计36

6.1.1设计思路36

6.1.2设计要求36

6.2网络详细设计37

6.2.1网络结构设计37

6.2.2组网方式39

6.2.3VLAN规划41

6.2.4网络IP地址规划42

6.2.5路由总体规划43

6.2.6网络传输带宽要求43

6.2.7网络可靠性设计44

6.2.8网络安全性设计45

6.2.9网络管理规划46

附录A关键设备介绍47

第一章背景及需求

一.1应用背景

发电行业电气设备运行异常易造成设备跳闸、损坏，严重的导致机组非计划停运，人员与财产损失。

电气设备故障在发展和形成过程中绝大多数与发热温升紧密相连。

红外热成像诊断技术通过非接触方式检测运行中的设备温度和运行状态，可以简捷、安全、直观、准确的查找、判断电气设备过热故障，迅速采取措施解决防止电气事故的发生。

结合红外热像仪在电气设备故障诊断中的一些实际应用，红外热成像检测诊断技术为发电厂电气设备精细化点检和维修提供有力依据，及时将电气事故消灭在萌芽状态，有效避免电气异常事件或事故的发生。

一.2业务现状

当前发电行业较少采用红外热成像测温设备对电力设备进行测温。

部分电厂根本没有红外热成像检测系统。

部分电厂则采用手持式红外热像仪或在线式红外热像仪设备方案。

因此就发电行业而言，目前在设备状态异常、电缆起火检测等方面还存在一些缺陷：

1、纯人工巡检——人工巡检及时性、可靠性低，出现异常不能及时反应。

2、采用手持测温热像仪——对安装位置较高的设备进行手持测温热像仪测温较为不便，并且难以及时发现隐患。

3、采用拼凑型红外热像仪在线监测方案——设备稳定性、兼容性差，系统可扩展性差，需要客户寻找多方厂家购买产品。

因此用户需要一套整体解决方案，能够帮助快速发现电气设备和线路的热缺陷，同时系统应当有较强的稳定性并且方便日后扩容。

一.3需求分析

一.3.1业务需求

用户业务需求非常明确，即需要一套整体解决方案，能够帮助发现电气设备和线路的热缺陷，同时系统应当有较强的稳定性并且方便日后扩容。

一.3.2系统需求

针对重要区域24小时不间断监测比对的需求，可在电厂重要区域安装在线式红外热像仪，对重点设备区域进行24小时多预置位监视，通过软件分析算法，对温度异常自动告警，极大提高对温度异常状态的发现能力，防范于未然。

针对巡检人员快速灵活监测，查漏补缺的巡检需求，可通过携带手持测温热像仪，可对电器柜、轴承、触点、设备表面、线缆等巡检区域和设备进行监测，弥补在线式红外热像仪监控盲区，另外有利于记录数据的归档管理。

一.4总体目标

通过海康威视发电行业热成像测温系统解决方案，提前发现设备的热故障点，及时预防设备故障，减少安全生产事故发生是本方案的总体目标。

第二章系统总体思路

二.1设计原则

海康威视发电行业热成像测温系统在设计时遵循以下原则

1）实用性与经济性的统一

在充分满足使用要求的基础上，系统具备操作简单，维护方便，升级便捷等特点。

系统提供了方便、易用的用户操作接口，使得一般工作人员在短期培训之后即能熟练、方便、准确的使用该系统，大大提高办公效率。

2）标准性与扩展性的统一

系统设计尽量采用标准化、模块化设计并严格遵守相关技术的国际、国内和行业标准，以确保系统之间的开放透明性和系统之间的互连互通。

考虑到整个系统是分期建设的，系统设计时，对有扩展要求的子系统，在设计和选用设备时,应在对未来业务的增长和扩容进行科学预测基础上进行余量设计,预留扩容和发展的空间。

3）可靠性和安全性的统一

整个系统采用具有高可靠性的总体设计，选用的设备自身应具有较高的安全可靠性，关键设备或关键部件应采取备份冗余设计，采用成熟技术，使方案具备较高可靠性、较强容错能力、良好恢复能力和防雷抗强电干扰能力，同时本方案的设计使用不会影响电厂内被监控电器的正常运行。

4）易管理性和易维护性的统一

系统应易于管理和维护，计算机网络等信息基础设施的设计应采用简洁易用的体系结构，以降低系统运行维护费用。

为确保产品的售后服务，应选用技术成熟的国内品牌产品。

二.2设计依据

系统规划设计必须按照国际、国家和行业的有关标准和规范进行。

本设计将依据和参照以下的设计规范和要求进行，但不仅仅限于以下所列范围。

●《电力设施治安风险等级和安全防范要求》（GA1089-2013）

●《电力行业反恐怖防范标准（试行）（火电/风电部分）》（2011）

●《工业检测型红外热像仪》（GB/T19870-2005）

●《机器状态监测与诊断热成像》（GB/T30831）

●《视频安防监控系统技术要求》（GA/T367-2001）

●《建筑及建筑群综合布线工程设计规范》（GB/T50311-2000）

●《电线电缆识别标志方法》（GB/T6995）

●《信息技术开放系统互连网络层安全协议》（GB/T17963）

●《智能建筑设计标准》（GB/T50314-2000）

●《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）

●《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）

二.3设计思路

海康威视采用一站式整体解决方案，在发电行业各类电厂各监控点位部署对应功能的测温型热成像摄像机完成视频采集和温度检测，采用以太网完成视频等数据的传输，通过红外热成像测温系统完成如巡检计划、测温配置、告警展示等功能。

所有的监控设备可通过B/S或C/S端应用软件实现联网管理，操作简单，施工方便，并且可以扩展。

同时为了便于巡检人员机动灵活的对巡检区域设备进行实时检查，可采用手持测温热像仪对待巡检设备和待巡检区域精确测温，通过触摸屏快速查看图像和数据。

测温图片和录像还可轻松导出，采用红外热成像测温系统进行离线分析。

第三章系统总体设计

三.1总体架构

三.1.1系统拓扑

图1.在线式红外热成像测温系统拓扑图

图2.手持测温热像仪拓扑图

三.1.2系统组成

三.1.2.1在线式红外热成像测温系统

前端图像采集设备可由测温型热成像云台、测温型热成像筒机、测温型热成像球机组成，可视安装环境与监测要求自由选型。

网络传输则利用以太网，将数据传输到后端监控平台，实现远程实时监控和录像存储。

红外热成像测温系统软件可实现多种热成像测温应用功能，如图像实时预览，温度阈值超限告警、巡检计划设置等。

另外需注意红外热成像测温系统软件作为iVMS-9800软件的扩展子模块，必须需搭配iVMS-9800软件出货。

三.1.2.2手持测温热像仪系统（规划接入9800,12月底完成）

系统前端设备采用手持测温热像仪，通过该设备，可对巡检设备和区域精确测温，通过触摸屏快速查看实时图像和测温数据。

系统中心设备采用红外热成像测温系统软件（与在线式红外热成像测温可共用一套），测温图片和录像可通过Wi-Fi或USB轻松导入，系统进行离线分析，可对图片、录像进行整体分析，产生温度曲线等报表，便于问题回溯。

三.2系统功能

三.2.1基础功能

1）实时预览与测温

可对红外监控点进行视频预览，同时可对实时画面中的点位进行温度呈现，测温热成像摄像机能够对前端的监控场景实时进行线测温、框测温、点测温。

测温范围：

-40℃~150℃或0℃~550℃。

测温精度高达±2℃或量程的±2%（取最大值）。

图3.实时预览

2）录像回放

可将视频信号进行存储。

可以设置录像计划、录像规则（包括定时录像、移动侦测录像、报警联动录像）等。

暂不支持对温度数据的同步存储。

温度数据可单独存储于服务器中。

录像和与温度数据同时存储正在开发中。

图4.录像回放

3）视频巡检

可对测温型热成像球机、测温型热成像云台摄像机配置巡检预置点，并自动分析巡检结果，还可将巡检结果以word文档方式导出。

测温型热成像枪机可加入巡检预案。

图5.巡检计划配置

图6.巡检结果查询

4）资源管理

通过视频监控网络配置系统参数等所有管理控制功能。

图7.服务网关配置

可以从9800软件平台中快速同步红外热成像监控点信息。

能够对监控点进行快速设置预置位和测温参数

图8.监控点同步

5）离线分析（红外热成像测温系统V1.1规划功能12月推出）

用户使用手持热像仪巡检完毕后，可对对手持热像仪中所拍图片和录像进行离线分析，用于回溯问题。

图片采用jpeg格式，录像采用MP4格式。

图片和录像中包含温度数据。

图9.离线分析功能

三.2.2特色功能

6）全局测温、温差报警（已实现）

原有红外热成像系统采用画测温规则方式,点、线、多边形，现场监测环境错综复杂，热成像球机或云台的每个监测预置位需要画很多线或者框,软件步骤太繁琐，工作量大。

如果操作失误导致预置位被重置,或者更换摄像头，前期繁重的设置工作会前功尽弃。

因此推出全局测温，温差报警功能，在同一预置位下通过前后抓图对比判断全屏温度，智能分析在该预置位下任意一点是否发生温度突变，发现突变则产生报警。

无需设置测温框，操作简单，易用性更高。

图10.全屏抓图温差报警

7）双光谱同屏显示

在一台工作站的显示器上能实时同时显示红外以及可见光图像（并且不改变图像的原始分辨率）。

图11.双光谱同屏显示

8）温度曲线呈现（历史温度曲线呈现需要定制）

红外测温系统软件当前支持实时温度曲线呈现，当点击测温型热成像摄像机某一测温点/线/框时，从当前时间开始可以呈现该测温点/线/框的温度变化曲线。

图12.实时温度曲线

通过定制，支持历史温度曲线呈现，当有需要时，可从数据库中读取某一热成像摄像机在在不同时间段的各测温点/线/框温度变化曲线，自动组合成一个完整的曲线。

三.3系统特点

三.3.1精确测温

测温精度高，支持两档测温范围：

档位一：

-40℃~150℃

档位二：

0℃~550℃

测温精度：

±2℃或量程的±2%（取最大值）

图13.精确测温方式

三.3.2全区域无死角

球机和云台支持300个预置点测温，每个预置点支持10个框、10个点和一条线共21个测温单位。

提高单台设备利用率，增加测温区域。

巡检还可采用手持测温热像仪，对巡检区域进行查漏补缺，减少测温盲区，对重要区域二次测温复核。

图14.预置点配置

三.3.3高可靠性设计

前端设备通过多项高可靠型测试实验。

9）高低温测试：

-45℃~70℃；

10）静电放电抗扰度实验：

空气放电15kv，接触放电9kv自行恢复；

11）浪涌（冲击）抗扰度：

线地是6KV防浪涌；

12）网络优化实验：

网络丢包10%以内可以保证测温数据连贯；

第四章前端系统

四.1设计思路

前端系统主要由热成像测温摄像机组成，主要可分为球机、云台、筒机、手持等几种产品形态。

可对发电一次设备、线缆、触点等进行温度监测。

对于场景开阔，监测区域或对象较多的地点，可采用球机、云台型热成像测温摄像机划定多预置位进行监测。

对于单一目标的小范围监控，可采用筒型热成像测温摄像机进行固定点监测。

对于运维人员巡检监测，可采用手持测温热像仪对巡检须臾进行监测。

25mm镜头建议测温目标范围在3~20m；50mm镜头建议测温目标范围在10~30m。

测温目标建议直径在10cm及以上，当目标物体在图像上显示超过3个及以上像素点，测温误差可以控制在±2℃之内

四.2前端部署

四.2.1水电站风洞层

水电站主厂房区域从上至下分别是发电机层、风洞层、水轮机层、蜗壳层。

其中风洞层中的设备主要为发电机机组的定子、转子、线圈及部分电缆。

通过红外热像仪可对风洞内的设备、电缆进行监测，当设备过热时及时告警。

图15.风洞层外部

图16.风洞层内部监测设备

图17.风洞层内部监测电缆

图18.风洞层剖面图

图19.风洞室平面图

需要注意，风洞内，设备与墙体间距离较小，部分区域可能小于1米，所以需要考虑红外热像仪安装的角度位置以及镜头焦距的选择。

可选择9mm焦距测温型球机DS-2TD4035DT-9（已发布），也可选择测温型筒机DS-2TD2136T系列（已有样机未发布）。

具体选型建议实地工勘后进行。

四.2.2水电站、抽蓄电站出线场

出线场是指电站发出的电能，经过变压设备调试后，向各地输送电能的供电中心，一般有互感器、避雷器、载流子等多种电气设备。

在线路触点部位容易发生线路过热起火等安全事故。

可以采用红外热成像云台摄像机对出线场进行监控。

图20.出线场正面图

图21.出线场侧面图

出线场整个场景下需要观察的设备较多，推荐采用测温型热成像中载云台摄像机，如25mm焦距测温型热成像云台摄像机DS-2TD6135T-25A2L。

具体选型建议实地工勘后进行。

四.2.3水电、抽蓄、火电电缆测温

电缆起火是目前在发电行业多发的安全事故之一，电缆测温的应用场景有很多，如电站的电缆层，可对电缆桥架进行测温。

图22.电缆层电缆桥架

还有对电缆井进行测温监控

图23.电缆井

以及一些高压电缆室

图24.高压电缆室

在以上场景区域每个区域都有场景特点。

如电缆层的电缆桥架区域，场景狭小，建议采用小焦距测温型热成像球机进行监测，如9mm焦距测温型球机DS-2TD4035DT-9。

高压电缆室等较宽阔场景可选用测温型热成像云台摄像机DS-2TD6135T系列。

四.2.4主变压器测温

主变压器作为电站重要的电气设备，可能存在接头松动或接触不良，不平衡负荷，过载，过热等隐患。

这些隐患可能造成的潜在影响是产生电弧、短路、烧毁、起火。

目前在发电行业内对主变压器采用热成像摄像机测温的案例较少，随着热成像测温系统的不断发展，对主变压器测温将在未来成为热成像摄像机测温的重要场景之一。

图25.火电厂主变

图26.升压站内风电主变

第五章中心系统

五.1存储系统

当前NVR和CVR存储，仅存储视频流，不支持对温度数据的存储。

温度数据可单独存储于服务器中。

录像和与温度数据同时存储正在开发中。

五.1.1NVR存储

存储系统可采用NVR模式，其中热成像摄像机不与平台直接对接，而是先接入NVR，再通过NVR接入平台。

热成像摄像机与NVR之间实现了直接对接，而直接对接模式一般采用底层协议而非SDK方式，更有利于提高接入效率。

NVR直接获取热成像摄像机的视频直接存在本机上，实现视频直存。

对于NVR台数和硬盘数量的设计，需要结合实际情况综合考虑，其中主要可参考“短板优先”的设计原则。

“短板优先”是指在具体项目需求中，在部署NVR数量尽量少的前提下，首先分析接入路数（接入带宽）和存储容量哪个是主要限制项。

假设接入路数为“短板”，以接入路数来优先计算，假设接入带宽为短板，应以最大带宽所能容纳的最大接入路数来计算；对于存储需求很大，接入路数要求不高的情况，可先计算总的存储容量，再计算每台NVR最大存储容量，以此计算出需要的NVR台数。

五.1.2CVR存储

存储系统也可采用CVR存储方式。

CVR流直存是海康威视在业内率先提出的中心流媒体直写，是基于TCP/IP或UDP网络传输协议，热成像摄像机以流媒体协议，通过网络直接写入存储设备的技术。

存储设备集成前端设备管理，视频存储，实时流转发、预览，历史视频查询、检索、回放、下载等功能，可独立构建小规模视频管理平台，亦可结合视频管理服务平台（海康iVMS或第三方管理平台）组建大中型视频综合管理系统。

同时支持第三方设备通过流媒体服务器转发写入存储设备。

五.1.3存储容量计算

在计算存储空间时需先计算出所有路数存储一定的时间所需的存储总空间，用总路数乘以每路码流大小，再乘以总的存储时间即可算出总的存储空间，在计算过程中保持单位的一致性。

下表为1路热成像摄像机分别按照热成像384*288分辨率、热成像640*512分辨率、热成像384*288分辨率+可见光1080P的分辨率、热成像640*512分辨率+可见光1080P的分辨率存储不同天数所需的存储空间表，如下表：

表1存储容量计算

序号

分辨率

码流大小

1天

（TB）

7天

（TB）

15天

（TB）

30天

（TB）

1

热成像384*288

2Mbps

0.0206

0.1442

0.3090

0.6180

2

热成像640*512

4Mbps

0.0412

0.2884

0.6180

1.2360

3

热成像384*288+可见光1080P

6Mbps

0.0618

0.4326

0.9270

1.8540

4

热成像640*512+可见光1080P

8Mbps

0.0824

0.5768

1.2360

2.4720

五.2解码拼接系统

监控中心的上墙视频都是取自前端网传过来的压缩视频，需要将压缩视频流解码才能进行上墙显示。

视频解码主要分为解码器解码、视频综合平台解码方式。

解码系统能支持主动解码和被动解码两种模式：

13）主动解码

●又称动态解码，由解码器主动连接编码器请求数据流；

●解码上墙，远程录像回放上墙。

14）被动解码

●解码器不会发起请求；

●其他设备向解码器上传数据，解码器只有接到数据以后才开始解码；

●电脑上录像文件回放上墙。

五.2.1解码器

目前我们常用的解码器为海康DS-6900UD系列和海康DS-6400HD-T系列。

15）DS-6900UD系列

DS-6900UD系列产品是基于嵌入式硬件平台开发的一款解码设备。

该系列产品包含DS-6901UD、DS-6904UD、DS-6908UD、DS-6910UD、DS-6912UD、DS-6916UD六种型号；DS-6901UD支持HDMI、VGA、BNC输出口解码输出，DS-6904/08/10/12/16UD支持HDMI、BNC输出口解码输出；支持H.265、H.264、MPEG4、MJPEG等多种编码码流解码，解码性能强劲，最高支持1200W及以下分辨率的H.265/H.264码流解码，支持4K超高清输出。

主要功能如下：

多元化的解码控制模式

●支持主动解码和被动解码两种解码模式；

●支持开窗、窗口漫游功能

●最大支持16块屏幕任意拼接

●支持远程录像文件的解码输出；

●支持HiDDNS；

●支持直连前端设备解码上墙和通过流媒体转发的方式解码上墙；

●支持使用RTSPURL方式从编码设备取流解码；

●支持透明通道传输，可远程控制DVR或DVS上连接的云台；

●支持语音对讲；

●支持音频矩阵，可任意指定解码音频输出口；

●支持PC机视频信号上墙

丰富的集成能力

●支持ONVIF标准协议接入设备；

●支持RTP\RTSP协议进行设备预览；

●支持平台以SDK方式集成设备。

●支持GB28181协议接入设备

完备的运维管理

●支持WEB方式访问、配置和管理；

●支持远程获取和配置参数，支持远程导出和导入参数；

●支持远程获取系统运行状态、系统日志；

●支持远程重启、恢复默认配置、升级等日常维护。

16）DS-6400HD-T

DS-6400HD-T系列的视音频解码器是专为高清监控系统的部署与管理而设计的网络解码器，基于TINetra处理器，采用Linux操作系统，运行稳定可靠。

DS-6400HD-T支持高清800W及以下分辨率网络视频的解码；支持DVI-I、VGA、HDMI、BNC接口解码输出；支持多种网络传输协议、多种码流的传输方式，为大型电视墙解码服务提供强有力的支持。

主要功能如下：

●DS-6401HD-T支持HDMI、VGA、BNC三种输出接口；

●DS-6404HD-T、DS-6408HD-T、DS-6410HD-T、DS-6412HD-T、DS-6416HD-T支持DVI（可以转HDMI或者VGA）、BNC两种输出接口。

●DVI、HDMI、VGA输出分辨率最高都支持1920*1080；

●支持H.264、MPEG4、MPEG2等主流的编码格式；

●支持PS、RTP、TS、ES等主流的封装格式；

●支持H.264的Baseline、Main、High-profile编码级别；

●支持G.722、G.711A、G.726、G.711U、MPEG2-L2、AAC音频格式的解码；

●支持语音对讲。

●支持智能模式，支持智能码流解码显示，支持区域入侵等9种智能行为分析，智能回放

●HDMI和VGA输出分辨率最高都支持1920*1080；

●支持主动解码和被动解码两种解码模式；

●支持直连前端设备和通过流媒体转发的方式获取网络实时据；

●支持大屏拼接功能，最多支持2*2、2*3、3*2、2*4、4*2的大屏拼接；

●支持远程录像文件的解码输出；

●支持透明通道传输，可远程控制DVR或DVS上连接的云台。

●支持国标GB28181协议接入设备；

●支持ONVIF标准协议接入设备；

●支持RTP\RTSP协议进行设备预览；

●支持平台以SDK方式集成设备。

五.2.2图像处理器

海康威视自主研发的图像处理器DS-C10S系列控制器是新一代基于FPGA的纯硬件图像处理设备。

它与传统的控制器相比，拥有全新的系统构架、数据交换体系、数据处理方式和设备结构，系统带宽高，支持多路高清信号的接入和实时处理，是一款性能强大的高端图像处理设备。

采用主控板加输入和输出板的结构，使输入输出端口数量和端口类型可以任意配置，能够在多个显示终端上同时显示多个动态画面，主要用于大屏幕拼接显示系统，是系统的核心显示控制设备。

17）硬件结构

●4U、8U、13U标准机箱，满足各种规模的监控需求

●标准机架式设计，运营级ATCA机箱系统；

●插拔式模块化设计，可根据需求灵活扩展；

●业务模块支持热插拔、双电源冗余、智能风扇自动调温，确保系统稳定可靠。

18）主要功能：

●支持VGA、DVI、HDMI、BNC、SDI、YPbPr、超高清、Dis