淺談無線測溫系統(tǒng)在高壓開關(guān)柜的設(shè)計與應(yīng)用

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：高壓開關(guān)柜是變電站的重要電氣設(shè)備，它擔(dān)負(fù)著閉合及斷開電力線路、保護(hù)系統(tǒng)安全的雙重作用高壓開關(guān)柜長期3-作在高電壓、大電流、強磁場的環(huán)境下，觸頭的氧化、接觸電阻常常使觸頭發(fā)熱，溫度過高，如不及時發(fā)現(xiàn)并處理可能會引發(fā)火災(zāi)、停電、等嚴(yán)重事故、因此，高壓開關(guān)柜內(nèi)實時溫度監(jiān)測問題已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中亟待解決的實際問題文章提出一種基于單片機(jī)的高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，測溫；隹確度高等特點

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜；無線測溫系統(tǒng)；單片機(jī)

0引言

隨著同民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各A,kx~電能的需求也越來越高，因此，電力設(shè)備的安全可靠運行是電網(wǎng)安全保障的重要環(huán)節(jié)。高壓開關(guān)柜是變電站的重要設(shè)備之一，大多數(shù)高壓開關(guān)柜采用封閉結(jié)構(gòu)，散熱條件較差，設(shè)備在長時間T作狀態(tài)下，開關(guān)柜內(nèi)的觸頭容易發(fā)熱而導(dǎo)致部件老化，引起火災(zāi)等事故因此，封閉式結(jié)構(gòu)的高壓開關(guān)柜內(nèi)部過熱現(xiàn)象已成為開關(guān)柜的一個普遍問題。

1高壓開關(guān)柜內(nèi)部觸頭溫度檢測方法

目前，對高壓開關(guān)柜內(nèi)部觸頭發(fā)熱情況進(jìn)行監(jiān)控，隨時掌握溫度變化情況，使之在處于危險溫度前對其進(jìn)行及ft寸處理，從而避免發(fā)生安全事故。目前常用的檢測方法主要有人T巡檢、貼色片測溫法、光纖測溫法和紅外測溫法。人T巡檢主要依靠T作人員手持紅~'t-N溫儀對高壓開關(guān)柜內(nèi)溫度進(jìn)行測量，但由于高壓開關(guān)柜密閉結(jié)構(gòu)，且由于柜內(nèi)線路或元件的遮擋．使得紅外測溫儀無法準(zhǔn)確測得柜內(nèi)溫度數(shù)據(jù)。貼色片測溫法是依據(jù)色片顏色不同來判斷柜內(nèi)溫度，該方法也無法準(zhǔn)確反映柜內(nèi)溫度情況。光纖測溫則是將光纖作為溫度傳感器，通過溫度變化調(diào)制透過光纖的光強來確定溫度，對于光源、發(fā)射和接收電路等設(shè)備要求較高。紅I-N溫法是通過被測目標(biāo)的溫度變化塒應(yīng)紅外輻射變化來確定其溫度，這種測溫方式準(zhǔn)確度較低。基于此，本文提出一種基于單片機(jī)的高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有測溫準(zhǔn)確、安裝方便等特點。

2系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1系統(tǒng)設(shè)計要求

高壓開關(guān)柜是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，長期作在強電磁噪聲的環(huán)境下，對可靠性和穩(wěn)定性要求都很高，因此，針對高壓開關(guān)柜的特殊]：作環(huán)境，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：(1)能夠長期穩(wěn)定T作，無需經(jīng)常更換電池；(2)可適應(yīng)復(fù)雜的電磁噪音環(huán)境；(3)體積小，方便部署在觸頭位置；(4)系統(tǒng)要求較高的可靠性。

2.2系統(tǒng)總體設(shè)計方案

本文提的高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)主要包括無線測溫模塊、集巾器、上位機(jī)服務(wù)器3部分，其中無線測溫模塊安裝在高壓開關(guān)柜內(nèi)觸頭處，用于檢測觸頭溫度，并將檢測到的溫度信號以無線方式發(fā)給溫度采集器，溫度采集器通過有線網(wǎng)絡(luò)，與上位機(jī)服務(wù)器相連接，將高壓開關(guān)柜內(nèi)觸頭溫度實時傳送到上位機(jī)服務(wù)器，上位機(jī)可以實現(xiàn)高壓開關(guān)柜溫度數(shù)據(jù)的顯示、存儲、報警以及歷史數(shù)據(jù)的查詢等功能，從而完成對高壓開關(guān)柜內(nèi)觸電溫度的檢測和預(yù)警。

圖1高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)架構(gòu)

對于下位機(jī)溫度采集模塊，主要單片機(jī)控制模塊，溫度傳感器模塊，無線收發(fā)模塊，供電模塊組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，溫度傳感器選用美國DALLAS公司推出的智能化數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。DS18B20具有成本低，測溫范圍廣(．55～125°C)等特點，可以滿足高壓開關(guān)柜內(nèi)的測溫設(shè)計要求。單片機(jī)控制模塊采取意法半導(dǎo)體公司推STM32F103RBT6，這款單片機(jī)是目前32位微處理器中功耗的芯片，有利于i貝0溫裝置的節(jié)能。無線收發(fā)模塊采取CC2520芯片，用于將采集到的溫度數(shù)據(jù)以無線的方式發(fā)給溫度采集器。

圖2下位機(jī)溫度采集架構(gòu)

圖3下位機(jī)軟件流程

2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計

在高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)中，下位機(jī)軟件主要包括系統(tǒng)初始化、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)信號采集、檢測及報警等，軟件程序在編寫時主要采取模塊化思想進(jìn)行設(shè)計和實現(xiàn)，具有可移植性好，便于編寫、調(diào)試和后期維護(hù)，系統(tǒng)程序流程如圖3所示。下位機(jī)程序開發(fā)采用C語言編寫。

高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)上位機(jī)主要包括對下位機(jī)采集到的溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲、報警、查詢歷史數(shù)據(jù)等功能。

3.安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

3.1概述

電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測，防止在運行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點接觸電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設(shè)備安全保障，及時、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運行狀態(tài)，降低設(shè)備事故率。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通訊，系統(tǒng)設(shè)計遵循國際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

3.2應(yīng)用場所

適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機(jī)場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.4系統(tǒng)功能

測溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

3.4.1溫度顯示

顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個測溫點的實時值，也可實現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

3.4.2溫度曲線

查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

3.4.3運行報表

查詢及打印各測溫點時間的溫度數(shù)據(jù)。

3.4.4實時告警

系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時提醒值班人員。

3.4.5歷史事件查詢

能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析等。

3.5系統(tǒng)硬件配置

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

名稱	外形	型號	參數(shù)說明
系統(tǒng)組態(tài)軟件		Acrel-2000/T	硬件：內(nèi)存4G，硬盤500G，以太網(wǎng)口。 顯示器：21寸，分辨率1280*1024。 操作系統(tǒng)：Windows764位簡體中文旗艦版。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：MicrosoftSQLServer2008R2。 通訊協(xié)議：IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等國際標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約
智能通信管理機(jī)		Anet-2E4SM	通用網(wǎng)關(guān)，2路網(wǎng)口，4路RS485，可選配1路LORA，帶電告警功能，支持485，4G從模塊擴(kuò)展。
無線測溫集中采集設(shè)備		Acrel-2000T/A	壁掛式安裝 標(biāo)配一路485接口、一路以太網(wǎng)口 自帶蜂鳴器告警 柜體尺寸480*420*200（單位mm）
	Acrel-2000T/B	硬件：內(nèi)存4G，硬盤128G，以太網(wǎng)口 顯示器：12寸，分辨率800*600 操作系統(tǒng)：Windows7 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：MicrosoftSQLServer2008R2可選Web平臺/APP服務(wù)器柜體尺寸為480*420*200（單位mm)
顯示終端		ATP007 ATP010	DC24V供電；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口； 可接收20個ATC200/1個ATC400/1個ATC450-C。

	ARTM-24	35MM導(dǎo)軌安裝； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協(xié)議； 24路NTC或PT100、1路溫濕度測溫、2路繼電器告警輸出，用于低壓電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場所測溫；
無線收發(fā)器		ATC450-C	可接收60個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。
	ATC600	ATC600有兩種規(guī)格；ATC600-C可接收240個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。ATC600-Z做中繼透傳。
電池型無線測溫傳感器		ATE100M	電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米； 32.4*32.4*16mm(長*寬*高)。
	ATE200	電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米； 35*35*17mm，L=330mm(長*寬*高，三色表帶)。
	ATE200P	電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米,防護(hù)等級IP68；35*35*17mm，L=330mm(長*寬*高，三色表帶)。
CT取電型無線測溫傳感器		ATE400	CT感應(yīng)取電，啟動電流≥5a；-50℃~125℃；精度±1℃470MHz，空曠距離150米； 合金片固定、取電；三色外殼；25.82*20.42*12.8mm(長*寬*高)。
有線溫度傳感器		PT100	用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系； 用于變壓器、電機(jī)繞組測溫時，建議變壓器或電機(jī)內(nèi)部預(yù)埋好Pt100
	NTC	用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系；

4結(jié)語

本文針對變電站高壓開關(guān)柜特殊工作環(huán)境，設(shè) 計開發(fā)了一款無線測溫系統(tǒng) ，實現(xiàn)了對高壓開關(guān)柜 內(nèi)觸頭溫度的實時采集、傳輸、顯示、報警等功能，該 系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、測溫準(zhǔn)確、性價比高等 特點，易于工程實現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

李冬，牟元恩 ，張營.高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)設(shè)計

陳銘．高壓開關(guān)柜的在線監(jiān)測和故障診斷[J]．廣東科技，2013(16)：121—122．

向方云，張俊．高壓開關(guān)柜觸頭溫度在線監(jiān)測的研究[1T]．電子世界，2016(13)：167．

[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022年05版

審核編輯 黃宇