1?方案概述
1.1?設計背景
風力發電是世界上發展最快的綠色能源技術，與傳統能源相比，風力發電不依賴外部能源，沒有燃料價格風險，發電成本穩定。在陸地風電場建設快速發展的同時，人們發現了陸地風能利用所受到的一些限制，如占地面積大、噪聲污染等問題。由于海上豐富的風能資源和當今技術的可行性，海洋將成為一個迅速發展的風電市場。
1.2?設計目標
海上風電要遠比陸地風電的風險大，技術難度更高，海上環境惡劣、可進入性差,給海上風電機組的運行與維護帶來了巨大挑戰，海水含鹽量高，腐蝕性強，海面常有大霧、雨水和臺風等惡劣的自然條件，對于風電機組的正常運行具有極高的要求。不僅是風機運行的外部環境惡劣，我國風電技術還處于發展階段，相關的機組技術、施工技術、輸電技術、運維技術等還沒有完全成熟，風電機組在外部環境和內部技術的雙重影響下容易出現運行故障，因此需要及時進行檢測。如何更有效更有針對性的發現風機運行過程中的問題，是風電技術整個流程中的一個重要環節，以風機的運行過程為例，風機在運行過程中，會產生極大的電能，機組設備和輸電設備等都會產生大量熱量，呈現不同的溫度，當設備將要發生故障或者發生故障后，設備表面的溫度會明顯發生變化，比如短路時會瞬間通過大量電流，造成溫度異常升高，短路通電量極少，溫度明顯低于周圍等等，通過監測機組設備的溫度是一個有效解決辦法，可以很好的保障機組的正常工作。
2?設計說明
2.1?設計原理
2.1.1電氣設備故障發熱
圖2.1風力發電機組
風電機組包括主軸承、發電機等，是風機的核心設備，溫度是風電機組工作的重要指標，超過額定溫度時每升高10℃，則電機的壽命將縮短一半，電機是維持風機正常工作的重要保證，常見的機組運行故障包括：
- 電氣接線接觸不良或老化導致電氣接線溫度異常；
- 電機外殼由于鐵心老化、散熱不良導致外殼溫度過高或溫度不均勻；
- 與電機連接的軸承、連軸器:1)過度潤滑；2)缺乏潤滑；3)未對準通常會導致軸承問題。
根據以往紅外熱像測試的經驗來看，機組電氣接線以及線纜接頭缺陷所導致的異常發熱比較常見。主要原因是：1）氧化腐蝕：金屬表面嚴重銹蝕氧化，造成金屬接觸面的電阻值乘幾十倍到幾百倍的增加；2）導線斷股、接頭松動：導體連接部位長期受到機械振動，使得導體壓接部位的螺絲松動、導線斷股電阻值增大。3) 因為結構設計、安裝工藝質量所引起的異常發熱
配電控制柜具有類似的問題，有大量觸頭、開關、套管夾等，常常由于接觸不良、腐蝕或內部異常等各種原因，出現異常過熱點，嚴重影響安全供電，需要及時排除安全隱患，避免發生更大危險。
2.1.2紅外熱像儀在風力發電中的作用
- 電氣設備出線接頭、內部導流回路連接處檢測
- 各類導電接頭、接線樁頭氧化腐蝕以及連接不良缺陷
- 各類高壓開關內中心觸頭接觸不良缺陷
- 隔離刀閘刀口與觸片以及轉動帽與球頭結合不良缺陷
- 電力變壓器高、低壓套管上、下兩端連接不良
- 線夾發熱檢測
- 電纜接頭檢測
- 風電機組（包括主軸承、聯軸器等）發熱故障監測
- 發電機、控制柜發熱故障監測
2.2?需求分析
（1）系統要求：監控系統要覆蓋整個風力發電機艙和塔底變頻器，實現全天候、全方位、實時、非接觸、精準測溫要求，可以對感興趣點進行快速的監控數據獲取，要配備紅外熱像儀及其全套組件，系統各構件要達到相關參數要求。
（2）數據要求：可以實時查看并且存儲溫度視頻數據，數據格式符合參數要求。
（3）監控范圍：通過紅外熱成像海上風力發電圖像監控系統，工作人員在監控中心可對整個機艙（12m×4.9m×5m）和變頻器（5m×3m）溫度實現實時動態的監控。
（4）報警要求：在出現溫度故障前或者剛出現故障，能在第一時間偵察到故障區域及故障程度，并及時進行報警，使工作人員盡早發現隱患，及時處理可能突發的所有發熱故障情況。
3?設計方案
3.1?系統設計目標
（1）實時監控
利用機艙頂部設置的監控點，獲取覆蓋范圍內的監控紅外圖像，實現全天候不間斷監控。觀測人員在監控中心可觀測到整個機艙風電機組的紅外圖像，系統可進行全程錄像。
（2）動態監控
在網線快速傳輸系統的支持下，將紅外圖像及其它信息實時、同步傳輸到監控中心，實現真實觀測機艙和變頻器的動態情況。
（3）獲取感興趣點溫度
監控中心人員可以通過熱像儀配套的軟件人為選取感興趣區域的精準溫度，判斷是否有故障發生。
（4）數據存儲、離線分析
對于監控系統前端傳回的溫度圖像數據，系統提供截圖、視頻流、溫度流的隨時存儲功能，可對感興趣時間段的溫度數據進行保存，并可用系統軟件進行離線分析。
（5）超溫自動報警
實時自動測量視場中物體的最高溫度，超過系統設置報警溫度自動報警，并輸出報警信號，監控電腦可發出報警聲音，也可外接聲光報警裝置。
3.2?系統設計概述
根據機艙和變頻器的特點，我們考慮在高點設立監控點，監控點與監控中心之間采用網線連接，監控中心能對指定區域進行巡視、圖像采集和溫度數據分析，實時進行最高點溫度搜索，實時溫度異常預警。實時監視、調看各個監控點的紅外圖像和錄像資料。監控中心可自動或手動切換出各監控點的圖象。
系統設計由兩部分構成：監控前端（監控點）和監控中心。
系統暫設若干個監控前端（監控點）。在各監控點制高點架設紅外熱成像儀一臺，監控中心由監控工作站等設備組成，系統采用TCP/IP協議，采用模塊化結構，具有良好的可擴充性，可隨時增加撤減監控點。監控中心主要的功能就是：預警、顯示、控制、錄像和視頻數字化、網絡化。
3.4系統設計方案
3.4.1現場勘測
機艙周圍空間有限，安裝距離有限，視場角受限，要滿足全方位觀察，需要在機艙頂部安裝熱像儀，保證監控系統前端能夠正常工作，且減少維護成本，如圖3.2，塔底變頻器安裝距離稍遠，考慮到監控全面性，也需要安裝到頂部位置，如圖3.3。
3.4.2安裝位置
根據現場實際勘測的位置，機艙處需要安裝到艙室頂部，以滿足全面監控要求，現場合適的位置是艙頂橫梁，可以直接通過支架將熱像儀安裝到此位置，安裝平面圖如圖3.4，由于距離有限，需要在頂部安裝兩臺熱像儀，分別負責監視一半的區域，如圖3.5；塔底變頻器采用傾斜監控的方式，安裝在頂部，安裝平面圖如圖3.6，覆蓋變頻器全部。
3.4.3熱像儀選型
（1）熱像儀選型
根據機艙的工作溫度，選用Yoseen?X系列紅外熱像儀，分辨率為384×288，該熱像儀屬于在線式測溫型紅外熱像儀，通過接收物體發射的紅外線，經過一系列的處理，可形成物體表面的熱像圖，并進行相關部位的溫度測量，有助于發現機組故障隱患。
（2）鏡頭選取
熱像儀采取頂部安裝，保證熱像儀視場角全面覆蓋機組和變頻器指定監控區域，機艙大小為12×5×5m,采用頂部兩臺監控，根據計算，選用2.2mm鏡頭；變頻器大小為5×3m，采用頂部傾斜安裝監控方式，根據計算，采用3mm鏡頭，系統共包括兩個機艙和兩個變頻器，共計六臺。
3.5系統組成
紅外熱成像海上風力發電圖像監控系統由中心監控管理系統、傳輸系統、紅外熱成像系統、供電系統組成。
（1）中心監控管理系統
主要實現視頻信號的圖像顯示、錄像控制，遠程控制、數據壓縮處理、網絡傳輸、系統控制管理、預警及數據庫管理，向指揮調度人員提供全面的、清晰的、可操作的、可錄制、可回放的現場實時圖像。
（2）傳輸系統
提供系統互聯及信息交互的聯網能力，監控系統的傳輸方式主要有網線傳輸、光纖傳輸、無線微波傳輸等。一般來說，當攝像頭的安裝位置離監控中心較近時（兩百米以內），多采用網線傳輸方式，當攝像頭的位置距離監控中心較遠時，往往采用光纖傳輸方式。本系統考慮到監控點的具體情況，擬采用網線傳輸方式。
（3）紅外熱成像系統
提供風力發電早期預警信號，監測視場中物體的最高溫度，超過設定的報警溫度，系統報警。
（4）供電系統
提供系統運行的基本電力保障，采用DC12V供電方式。
3.6系統功能
3.6.1高溫預警功能
應用紅外熱成像儀等設備，系統可實現以下高溫預警功能
（1）手動或自動開啟紅外熱成像等設備，對指定區域進行監控、圖像采集和溫度數據分析，實時進行最高點溫度搜索，實時顯示當前視場的最高點溫度。
（2）可將采集到的紅外圖像存儲下來，放入數據庫，在數據庫管理系統的支持下分析比較，利用設定的數據，判定是否發出預警信號。
3.6.2一般功能
（1）監視功能
實時顯示紅外熱成像設備的圖像。
多畫面同時監控。
（2）控制報警功能
自由設置溫度報警。
遠程報警信息接收處理及系統日志查看。
（3）錄放像功能
報警數據自動存儲，手動隨時存儲，可隨時回放錄像數據。
（4）網絡功能
遠程實時顯示紅外熱成像設備的圖像溫度情況。
遠程實時接收高溫預警信號及其它報警信息。
遠程查詢及回放前端歷史圖像以及保存的預警錄像。
遠程錄像文件下載。
支持RTSP流媒體協議。
