高壓電柜母線無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)

1、高壓電柜母線無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng) 電力系統(tǒng)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈和發(fā)展的基礎(chǔ)，因此電力系統(tǒng)中供配電設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性和可靠性也越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注。在整個(gè)供配電系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)柜是最重要的環(huán)節(jié)之一，其運(yùn)行的安全性直接關(guān)系著整個(gè)電力系統(tǒng)的安全。開(kāi)關(guān)柜的故障種類(lèi)很多，其中由于各種原因?qū)е碌臒峁收鲜怯绊戦_(kāi)關(guān)柜安全性的最常見(jiàn)因素。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，電力系統(tǒng)發(fā)生事故的原因中有很多是因?yàn)闊釂?wèn)題產(chǎn)生的。由于開(kāi)關(guān)柜一般為密閉裝置，散熱條件差，再加上用電設(shè)備長(zhǎng)期滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致發(fā)熱量過(guò)大，熱積累加劇，從而引發(fā)破壞柜內(nèi)設(shè)備絕緣部件甚至短路、火災(zāi)等重大安全生產(chǎn)事故。及時(shí)測(cè)量柜內(nèi)尤其是主要部件的溫度，并了解其變化趨勢(shì)是有效預(yù)防此

2、類(lèi)事故的關(guān)鍵，但是開(kāi)關(guān)柜密閉結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，使得人工巡檢等常規(guī)檢測(cè)手段難以方便地實(shí)施，因此，如何便捷、有效地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)母線溫度便成了電力工程技術(shù)人員所共同面臨的時(shí)代課題。一般來(lái)說(shuō)供配電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備大多工作在大電流、高電壓和強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境中，在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量時(shí)必須要求被測(cè)量對(duì)象與測(cè)量設(shè)備之間進(jìn)行電氣隔離，其測(cè)量的溫度值信號(hào)難以進(jìn)行有效地傳送出來(lái)，因此一些常用的溫度測(cè)量方法很難適用。目前世界上對(duì)電力設(shè)備母線溫度測(cè)量的方法及設(shè)備主要有下列幾種：(1) 光纖光柵式溫度測(cè)量設(shè)備：它主要由光柵熱度傳感器、傳導(dǎo)光纜和熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)儀三部分組成。該設(shè)備采用的是具有材料上抗干擾性能較好的光纖及光電子技術(shù)，該技術(shù)該系

3、統(tǒng)與傳統(tǒng)意義上的測(cè)溫系統(tǒng)比較具有以下特點(diǎn)：光纖傳感器可以直接輸出攝氏溫度數(shù)值，便于系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了測(cè)溫裝置與測(cè)溫點(diǎn)之間電氣隔離，完成非接觸式測(cè)溫，同時(shí)使用光纖進(jìn)行與外部顯示裝置之間數(shù)據(jù)傳送，抗電磁干擾能力強(qiáng)。電力測(cè)量溫度所用的傳感器體積較小，對(duì)待測(cè)設(shè)備內(nèi)體積要求不高，易于實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量。但是由于該測(cè)量裝置的傳輸信號(hào)是利用光纖進(jìn)行有線傳輸?shù)?，?huì)使得設(shè)備內(nèi)線路過(guò)于復(fù)雜，且光纖線路易被其它線路擠壓或損壞，從而使信號(hào)傳輸受到影響導(dǎo)致通信失敗，使得系統(tǒng)可靠性降低4-5。(2) 熱紅外檢測(cè)技術(shù)：當(dāng)前，熱紅外測(cè)溫技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于包括工業(yè)生產(chǎn)、日常生活等許多場(chǎng)合，尤其是在電力系統(tǒng)溫度測(cè)量方面取得了明顯的技術(shù)

4、進(jìn)步，為巡檢、維護(hù)電力裝置提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，對(duì)重大安全事故有一定的預(yù)防預(yù)警作用，使得設(shè)備運(yùn)行的可靠性大大提高。熱紅外技術(shù)認(rèn)為所有溫度高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)向四周輻射能量，該檢測(cè)設(shè)備就是利用這一理論，通過(guò)測(cè)定輻射紅外能量值并比照其與待測(cè)對(duì)象溫度之間的比例關(guān)系換算得到被測(cè)對(duì)象的溫度。熱紅外檢測(cè)技術(shù)使用起來(lái)方便、測(cè)量速度快、靈敏能夠?qū)崿F(xiàn)隔離式測(cè)溫，因此在電力系統(tǒng)日常維護(hù)及故障診斷中得到廣泛的應(yīng)用，為設(shè)備檢修提供了依據(jù)，使缺陷處理更具針對(duì)性，很大程度提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。但是由于測(cè)溫原理的限制，該設(shè)備對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的高壓母線等封閉式裝置無(wú)法檢測(cè)，同時(shí)在裝置安裝上也無(wú)法實(shí)現(xiàn)一體化集成，且設(shè)備價(jià)格較高。

5、(3) 采用色片進(jìn)行溫度測(cè)量：色片，即示溫片，其材料本身的物理特性和化學(xué)特性決定了其顏色深淺程度會(huì)隨著周邊環(huán)境溫度的變化而變化，色片傳感器就是利用這一原理是將其顏色于標(biāo)本對(duì)照即可得出被測(cè)物體的溫度值。傳統(tǒng)的色片檢測(cè)法只能根據(jù)色片顏色的深淺判斷溫度的高低，不能實(shí)現(xiàn)溫度值的準(zhǔn)確測(cè)量，隨著技術(shù)的發(fā)展，雖然可以對(duì)比樣本得出溫度的基本數(shù)值但是其人工程度高，不容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字智能技術(shù)。(4) 無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)：無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)中雖然使用的是接觸式數(shù)字溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)的，但是其檢測(cè)到的溫度信號(hào)值是通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞絺魉徒o系統(tǒng)中其它設(shè)備的，因此實(shí)現(xiàn)了電氣隔離。無(wú)線傳輸?shù)脑O(shè)備種類(lèi)很多，合理地加以選擇就可使利

6、用其結(jié)構(gòu)上的絕緣性和抗電磁干擾性能，較好地解決了開(kāi)關(guān)柜內(nèi)母線溫度監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。本案克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種安全可靠，具有批量處理數(shù)據(jù)能力的高壓電柜母線無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)。本案是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種高壓電柜母線無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)，包括測(cè)溫傳感器，紅外模塊，單片機(jī)系統(tǒng), RS485總線和上位機(jī)，其具體流程關(guān)系為：位于高壓電柜內(nèi)的測(cè)溫傳感器直接接觸母線絕緣層并取得溫度數(shù)據(jù)，位于高壓電柜門(mén)上的紅外模塊將溫度數(shù)據(jù)編碼調(diào)制后通過(guò)紅外方式無(wú)線傳輸給下位機(jī)解調(diào)譯碼處理，單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)RS485總線與上位機(jī)通訊并接受其輪詢(xún)和發(fā)出的控制命令，上位機(jī)顯示母線的表面溫度值和報(bào)警畫(huà)面。所述的單片機(jī)系統(tǒng)為AT89C52單

7、片機(jī)系統(tǒng)。所述的測(cè)溫傳感器和紅外模塊采用多路高隔離電壓輸出高頻電源開(kāi)關(guān)供電。所述的上位機(jī)由PC機(jī)加組態(tài)或組態(tài)觸摸屏組成。所述的上位機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)采用MCGS組態(tài)軟件制作。所述的紅外模塊包括紅外編碼/譯碼器MCP2120和低功率紅外收發(fā)模塊TFDU4100。本案的一種高壓電柜母線無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)，包括以下測(cè)溫步驟：1) 本系統(tǒng)測(cè)溫傳感器采用接觸式溫度傳感器，溫度測(cè)量部分安裝在母排上，用以測(cè)量母線發(fā)熱點(diǎn)溫度，負(fù)責(zé)采集對(duì)應(yīng)測(cè)溫點(diǎn)的溫度值；2) 溫度數(shù)據(jù)從測(cè)溫傳感器的串口發(fā)送端送到紅外模塊編碼/譯碼器MCP2120，由它將信號(hào)編碼調(diào)制后送低功率紅外收發(fā)模塊TFDU4100通過(guò)紅外光傳給下位機(jī)一側(cè)的低功率紅外

8、收發(fā)模塊TFDU4100；3) 系統(tǒng)下位機(jī)一側(cè)的低功率紅外收發(fā)模塊TFDU4100接收到紅外信號(hào)后，將其送到與之相連接的紅外編碼/譯碼器MCP2120，解調(diào)譯碼后送給下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；4) 系統(tǒng)下位機(jī)通過(guò)無(wú)線方式同時(shí)接收多個(gè)紅外模組收集的各測(cè)溫點(diǎn)的溫度數(shù)值，再經(jīng)過(guò)RS-485總線的主從結(jié)構(gòu)方式接受上位機(jī)輪詢(xún)，將數(shù)據(jù)上傳給作為主機(jī)的上位機(jī)，同時(shí)接受上位機(jī)的控制命令及溫度限值；5) 上位機(jī)通過(guò)RS485總線實(shí)時(shí)監(jiān)管整個(gè)系統(tǒng)、發(fā)布控制命令、輪詢(xún)溫度值、處理保存并打印數(shù)據(jù)。同時(shí)有2支所述的測(cè)溫傳感器對(duì)一相母線進(jìn)行測(cè)溫。所述單片機(jī)系統(tǒng)可通過(guò)RS485總線接收上位機(jī)的溫度輪詢(xún)指令，顯示實(shí)測(cè)溫度值且具有超

9、溫報(bào)警功能。本案提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)接觸式測(cè)量、無(wú)線傳輸并實(shí)時(shí)監(jiān)控的開(kāi)關(guān)柜母線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)由溫度采集裝置、柜面處理及通信裝置和上位機(jī)監(jiān)測(cè)中心組成，溫度采集裝置安裝在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，其中測(cè)溫傳感器采用特殊封裝的數(shù)字式傳感器并與母線絕緣層直接接觸，采集到的溫度值以紅外無(wú)線通信方式按相序發(fā)送給柜面處理及通信裝置；工作范圍內(nèi)的各柜面處理及通信裝置中的單片機(jī)分接于RS485總線的主從分布式結(jié)構(gòu)，AT89C52單片機(jī)為核心的從機(jī)，在獨(dú)立地完成溫度的顯示和逾限報(bào)警任務(wù)的同時(shí)，又承擔(dān)了與組態(tài)軟件計(jì)算機(jī)或觸摸屏數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)，接受上位機(jī)監(jiān)控軟件的溫度值輪詢(xún)，綜上本案具有以下優(yōu)點(diǎn)：1) 多路溫度檢測(cè)，每臺(tái)溫度測(cè)溫

10、采集裝置可以檢測(cè)6路溫度傳感器信號(hào)；2) 硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，本設(shè)計(jì)中所選器件大都具有高集成度、低功耗、高可靠性的特點(diǎn)；3) 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，本設(shè)計(jì)中采用無(wú)線方式取代信號(hào)傳輸線，有效地克服了高壓環(huán)境中電磁干擾、環(huán)境溫度以及傳輸線自身內(nèi)阻、分布電容特性等因素對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?，增?qiáng)了系統(tǒng)可靠性；4) 數(shù)據(jù)保護(hù)可靠性高，系統(tǒng)從備用電源設(shè)計(jì)到上位機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)充分考慮到數(shù)據(jù)保護(hù)問(wèn)題；5) 供電方式先進(jìn)，本系統(tǒng)采用的是專(zhuān)用高頻電源開(kāi)關(guān)供電方式對(duì)其供電，具有多路高隔離電壓輸出的特性；6) 低功耗，本系統(tǒng)所選用單片機(jī)等電子元器件居委低功耗的CMOS器件；7) 人機(jī)交互界面良好，本系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)智能化程

11、度高，方便非專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行一般性操作；8) 安全機(jī)制完善，本系統(tǒng)監(jiān)控軟件具備明確的操作權(quán)限分級(jí)，用于區(qū)分操作人員的權(quán)限等級(jí)，防止過(guò)失操作和惡意破壞。圖1為本案示意圖。下面結(jié)合附圖對(duì)本案的實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明：一種高壓電柜母線無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)，包括測(cè)溫傳感器1，紅外模塊2，單片機(jī)系統(tǒng)3, RS485總線4和上位機(jī)5，其具體流程關(guān)系為：位于高壓電柜內(nèi)的測(cè)溫傳感器1直接接觸母線絕緣層并取得溫度數(shù)據(jù)，位于高壓電柜門(mén)上的紅外模塊2將溫度數(shù)據(jù)編碼調(diào)制后通過(guò)紅外方式無(wú)線傳輸給下位機(jī)解調(diào)譯碼處理，單片機(jī)系統(tǒng)3通過(guò)RS485總線4與上位機(jī)5通訊并接受其輪詢(xún)和發(fā)出的控制命令，上位機(jī)5顯示母線的表面溫度值和報(bào)警畫(huà)面。測(cè)

12、溫裝置選擇了DS18B20作為溫度傳感器，利用高低溫度系數(shù)熱敏晶振的頻率隨溫度變化而變化不同的原理，通過(guò)計(jì)振蕩脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)測(cè)量外界溫度，利用高低溫度系數(shù)熱敏晶振的頻率隨溫度變化而變化不同的原理，通過(guò)計(jì)振蕩脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)測(cè)量外界溫度；RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收的數(shù)據(jù)收發(fā)方式，因此抑制共模干擾的能力較強(qiáng)，該總線收發(fā)器靈敏度非常高，能識(shí)別的最小電壓值為200mV，所以在充分考慮衰減的情況下，信號(hào)仍然能夠在千米以外得到恢復(fù)。所述單片機(jī)系統(tǒng)3為AT89C52單片機(jī)系統(tǒng)。AT89C52單片機(jī)是8位AVR微處理器，功耗低、運(yùn)算速度快、可靠性高、功能強(qiáng)大，片內(nèi)含8KB的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)

13、器和256B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位CPU和Flash存儲(chǔ)單元，可適用于各種控制領(lǐng)域；且具有強(qiáng)大的掉電保護(hù)功能，系統(tǒng)主動(dòng)失電時(shí)，即執(zhí)行進(jìn)入失電模式的指令，振蕩器停止工作，片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)；同時(shí)可以進(jìn)行程序加密：AT89C52有3個(gè)程序加密位，可通過(guò)選擇對(duì)芯片上的3個(gè)加密位進(jìn)行編程或不編程操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的加密。所述測(cè)溫傳感器1和紅外模塊2采用多路高隔離電壓輸出高頻電源開(kāi)關(guān)供電。該電源主要由主電路、控制電路和一組輸出變壓器等構(gòu)成，控制電路還包括為其供電的輔助

14、電源，參數(shù)為12V、0.5A和5V、2A，該輔助電源還同時(shí)為檢測(cè)單片機(jī)、紅外發(fā)送裝置等模塊供電；主電路和控制電路產(chǎn)生一個(gè)交流電源并驅(qū)動(dòng)一組輸出變壓器；為了使得隔離電壓很高，該變壓器的原邊采用高壓電纜繞制，同時(shí)為了減小變壓器的體積方便安裝，原邊的匝數(shù)必須很少，原則上不超過(guò)10匝，優(yōu)選為1匝或者2匝。所述上位機(jī)5由PC機(jī)加組態(tài)或組態(tài)觸摸屏組成。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了上位機(jī)監(jiān)控軟件，實(shí)時(shí)對(duì)采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。本軟件可以通過(guò)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢(xún)并可在PC機(jī)上顯示，還可以進(jìn)一步將該系統(tǒng)與專(zhuān)用組態(tài)觸摸屏結(jié)合實(shí)現(xiàn)更人性化的工作環(huán)境。所述上位機(jī)5的監(jiān)控系統(tǒng)采用MCGS組態(tài)軟件制作。本系統(tǒng)采用

15、MCGS6.8嵌入版，其是在MCGS通用版的基礎(chǔ)上研發(fā)推出的，專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于嵌入式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，MCGS6.8嵌入版包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩部分。適應(yīng)于應(yīng)用系統(tǒng)綜合性能如體積、可靠性、功能、功耗、成本等要求較為嚴(yán)格的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；其功能包括采集處理現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，動(dòng)畫(huà)顯示、流程控制、報(bào)警處理和報(bào)表輸出等。用戶可以方便地調(diào)用相關(guān)構(gòu)解決實(shí)際工程問(wèn)題，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。此外該組態(tài)軟件還配備有模擬運(yùn)行環(huán)境，用戶可以方便地利用它對(duì)開(kāi)發(fā)的工程系統(tǒng)進(jìn)行模擬測(cè)試、調(diào)試。所述紅外模塊2包括紅外編碼/譯碼器MCP2120和低功率紅外收發(fā)模塊TFDU4100。紅外編碼/譯碼器MCP2120將從標(biāo)準(zhǔn)UART接

16、收的數(shù)據(jù)遵循SIR協(xié)議時(shí)序進(jìn)行編碼調(diào)制，并以電脈沖方式輸出到IR收發(fā)器，IR收發(fā)器將接收到的數(shù)據(jù)同樣以電脈沖的形式輸送到MCP2120遵循SIR協(xié)議時(shí)序進(jìn)行解碼即解調(diào)后送UART，MCP2120帶半雙工接口，意味著系統(tǒng)或者發(fā)射，或者接受，但二者不會(huì)同時(shí)發(fā)生；低功率紅外收發(fā)模塊TFDU4100是一種串行紅外發(fā)送/接收的模塊，該模塊的內(nèi)部集成了紅外發(fā)送/接收部分、傳輸部分、控制部分等。本案的一種高壓電柜母線無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)，包括以下測(cè)溫步驟：1) 本系統(tǒng)測(cè)溫傳感器1采用接觸式溫度傳感器，同時(shí)有2支測(cè)溫傳感器1對(duì)一相母線進(jìn)行測(cè)溫，溫度測(cè)量部分安裝在母排上，用以測(cè)量母線發(fā)熱點(diǎn)溫度，負(fù)責(zé)采集對(duì)應(yīng)測(cè)溫點(diǎn)的溫度值；可更加準(zhǔn)確了解實(shí)際數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免了因系統(tǒng)誤差造成誤報(bào)或?yàn)?zāi)害發(fā)生；2) 溫度數(shù)據(jù)從測(cè)溫傳感器1的串口發(fā)送端P3.1送到紅外模塊2編碼/譯碼器MCP2120，由它將信號(hào)編碼調(diào)制后送低功率紅外收發(fā)模塊TFDU4100通過(guò)紅外光傳給下位機(jī)3一側(cè)的低功率紅外收發(fā)模塊TFDU4100；3) 系統(tǒng)下位機(jī)3一側(cè)的低功率紅外收發(fā)模塊T