高壓電柜母線無線測溫系統(tǒng)

高壓電柜母線無線測溫系統(tǒng)電力系統(tǒng)是國民經(jīng)濟的命脈和發(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越受到廣泛的關(guān)注。在整個供配電系統(tǒng)中，開關(guān)柜是最重要的環(huán)節(jié)之一，其運行的安全性直接關(guān)系著整個電力系統(tǒng)的安全。開關(guān)柜的故障種類很多，其中由于各種原因?qū)е碌臒峁收鲜怯绊戦_關(guān)柜安全性的最常見因素。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，電力系統(tǒng)發(fā)生事故的原因中有很多是因為熱問題產(chǎn)生的。由于開關(guān)柜一般為密閉裝置，散熱條件差，再加上用電設(shè)備長期滿負荷甚至超負荷運行，導致發(fā)熱量過大，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。及時測量柜內(nèi)尤其是主要部件的溫度，并了解其變化趨勢是有效預(yù)防此類事故的關(guān)鍵，但是開關(guān)柜密閉結(jié)構(gòu)的特點，使得人工巡檢等常規(guī)檢測手段難以方便地實施，因此，如何便捷、有效地實時監(jiān)測開關(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代課題。一般來說供配電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備大多工作在大電流、高電壓和強電磁場環(huán)境中，在實現(xiàn)實時測量時必須要求被測量對象與測量設(shè)備之間進行電氣隔離，其測量的溫度值信號難以進行有效地傳送出來，因此一些常用的溫度測量方法很難適用。目前世界上對電力設(shè)備母線溫度測量的方法及設(shè)備主要有下列幾種1光纖光柵式溫度測量設(shè)備它主要由光柵熱度傳感器、傳導光纜和熱點監(jiān)測儀三部分組成。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)該系統(tǒng)與傳統(tǒng)意義上的測溫系統(tǒng)比較具有以下特點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。實現(xiàn)了測溫裝置與測溫點之間電氣隔離，完成非接觸式測溫，同時使用光纖進行與外部顯示裝置之間數(shù)據(jù)傳送，抗電磁干擾能力強。電力測量溫度所用的傳感器體積較小，對待測設(shè)備內(nèi)體積要求不高，易于實現(xiàn)分布式測量。但是由于該測量裝置的傳輸信號是利用光纖進行有線傳輸?shù)?，會使得設(shè)備內(nèi)線路過于復(fù)雜，且光纖線路易被其它線路擠壓或損壞，從而使信號傳輸受到影響導致通信失敗，使得系統(tǒng)可靠性降低45。2熱紅外檢測技術(shù)當前，熱紅外測溫技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于包括工業(yè)生產(chǎn)、日常生活等許多場合，尤其是在電力系統(tǒng)溫度測量方面取得了明顯的技術(shù)進步，為巡檢、維護電力裝置提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，對重大安全事故有一定的預(yù)防預(yù)警作用，使得設(shè)備運行的可靠性大大提高。熱紅外技術(shù)認為所有溫度高于絕對零度的物體都會向四周輻射能量，該檢測設(shè)備就是利用這一理論，通過測定輻射紅外能量值并比照其與待測對象溫度之間的比例關(guān)系換算得到被測對象的溫度。熱紅外檢測技術(shù)使用起來方便、測量速度快、靈敏能夠?qū)崿F(xiàn)隔離式測溫，因此在電力系統(tǒng)日常維護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性，很大程度提高了設(shè)備運行的可靠性。但是由于測溫原理的限制，該設(shè)備對開關(guān)柜內(nèi)的高壓母線等封閉式裝置無法檢測，同時在裝置安裝上也無法實現(xiàn)一體化集成，且設(shè)備價格較高。3采用色片進行溫度測量色片，即示溫片，其材料本身的物理特性和化學特性決定了其顏色深淺程度會隨著周邊環(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本對照即可得出被測物體的溫度值。傳統(tǒng)的色片檢測法只能根據(jù)色片顏色的深淺判斷溫度的高低，不能實現(xiàn)溫度值的準確測量，隨著技術(shù)的發(fā)展，雖然可以對比樣本得出溫度的基本數(shù)值但是其人工程度高，不容易實現(xiàn)數(shù)字智能技術(shù)。4無線溫度監(jiān)測技術(shù)無線溫度監(jiān)測技術(shù)中雖然使用的是接觸式數(shù)字溫度傳感器來實現(xiàn)溫度檢測的，但是其檢測到的溫度信號值是通過無線傳輸?shù)姆绞絺魉徒o系統(tǒng)中其它設(shè)備的，因此實現(xiàn)了電氣隔離。無線傳輸?shù)脑O(shè)備種類很多，合理地加以選擇就可使利用其結(jié)構(gòu)上的絕緣性和抗電磁干擾性能，較好地解決了開關(guān)柜內(nèi)母線溫度監(jiān)測的問題。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線測溫系統(tǒng)。本案是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種高壓電柜母線無線測溫系統(tǒng)，包括測溫傳感器，紅外模塊，單片機系統(tǒng),RS485總線和上位機，其具體流程關(guān)系為位于高壓電柜內(nèi)的測溫傳感器直接接觸母線絕緣層并取得溫度數(shù)據(jù)，位于高壓電柜門上的紅外模塊將溫度數(shù)據(jù)編碼調(diào)制后通過紅外方式無線傳輸給下位機解調(diào)譯碼處理，單片機系統(tǒng)通過RS485總線與上位機通訊并接受其輪詢和發(fā)出的控制命令，上位機顯示母線的表面溫度值和報警畫面。所述的單片機系統(tǒng)為AT89C52單片機系統(tǒng)。所述的測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關(guān)供電。所述的上位機由PC機加組態(tài)或組態(tài)觸摸屏組成。所述的上位機的監(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線測溫系統(tǒng)，包括以下測溫步驟1本系統(tǒng)測溫傳感器采用接觸式溫度傳感器，溫度測量部分安裝在母排上，用以測量母線發(fā)熱點溫度，負責采集對應(yīng)測溫點的溫度值；2溫度數(shù)據(jù)從測溫傳感器的串口發(fā)送端送到紅外模塊編碼/譯碼器MCP2120，由它將信號編碼調(diào)制后送低功率紅外收發(fā)模塊TFDU4100通過紅外光傳給下位機一側(cè)的低功率紅外收發(fā)模塊TFDU4100；3系統(tǒng)下位機一側(cè)的低功率紅外收發(fā)模塊TFDU4100接收到紅外信號后，將其送到與之相連接的紅外編碼/譯碼器MCP2120，解調(diào)譯碼后送給下位機進行數(shù)據(jù)處理；4系統(tǒng)下位機通過無線方式同時接收多個紅外模組收集的各測溫點的溫度數(shù)值，再經(jīng)過RS485總線的主從結(jié)構(gòu)方式接受上位機輪詢，將數(shù)據(jù)上傳給作為主機的上位機，同時接受上位機的控制命令及溫度限值；5上位機通過RS485總線實時監(jiān)管整個系統(tǒng)、發(fā)布控制命令、輪詢溫度值、處理保存并打印數(shù)據(jù)。同時有2支所述的測溫傳感器對一相母線進行測溫。所述單片機系統(tǒng)可通過RS485總線接收上位機的溫度輪詢指令，顯示實測溫度值且具有超溫報警功能。本案提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)接觸式測量、無線傳輸并實時監(jiān)控的開關(guān)柜母線溫度監(jiān)測系統(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監(jiān)測中心組成，溫度采集裝置安裝在開關(guān)柜內(nèi)，其中測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分接于RS485總線的主從分布式結(jié)構(gòu)，AT89C52單片機為核心的從機，在獨立地完成溫度的顯示和逾限報警任務(wù)的同時，又承擔了與組態(tài)軟件計算機或觸摸屏數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)，接受上位機監(jiān)控軟件的溫度值輪詢，綜上本案具有以下優(yōu)點1多路溫度檢測，每臺溫度測溫采集裝置可以檢測6路溫度傳感器信號；2硬件設(shè)計簡單可靠，本設(shè)計中所選器件大都具有高集成度、低功耗、高可靠性的特點；3無線數(shù)據(jù)傳輸，本設(shè)計中采用無線方式取代信號傳輸線，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數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?，增強了系統(tǒng)可靠性；4數(shù)據(jù)保護可靠性高，系統(tǒng)從備用電源設(shè)計到上位機數(shù)據(jù)存儲的設(shè)計充分考慮到數(shù)據(jù)保護問題；5供電方式先進，本系統(tǒng)采用的是專用高頻電源開關(guān)供電方式對其供電，具有多路高隔離電壓輸出的特性；6低功耗，本系統(tǒng)所選用單片機等電子元器件居委低功耗的CMOS器件；7人機交互界面良好，本系統(tǒng)上位機監(jiān)控軟件設(shè)計智能化程度高，方便非專業(yè)技術(shù)人員進行一般性操作；8安全機制完善，本系統(tǒng)監(jiān)控軟件具備明確的操作權(quán)限分級，用于區(qū)分操作人員的權(quán)限等級，防止過失操作和惡意破壞。圖1為本案示意圖。下面結(jié)合附圖對本案的實施例作進一步說明一種高壓電柜母線無線測溫系統(tǒng)，包括測溫傳感器1，紅外模塊2，單片機系統(tǒng)3,RS485總線4和上位機5，其具體流程關(guān)系為位于高壓電柜內(nèi)的測溫傳感器1直接接觸母線絕緣層并取得溫度數(shù)據(jù)，位于高壓電柜門上的紅外模塊2將溫度數(shù)據(jù)編碼調(diào)制后通過紅外方式無線傳輸給下位機解調(diào)譯碼處理，單片機系統(tǒng)3通過RS485總線4與上位機5通訊并接受其輪詢和發(fā)出的控制命令，上位機5顯示母線的表面溫度值和報警畫面。測溫裝置選擇了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，通過計振蕩脈沖的個數(shù)來測量外界溫度，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，通過計振蕩脈沖的個數(shù)來測量外界溫度；RS485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，該總線收發(fā)器靈敏度非常高，能識別的最小電壓值為200MV，所以在充分考慮衰減的情況下，信號仍然能夠在千米以外得到恢復(fù)。所述單片機系統(tǒng)3為AT89C52單片機系統(tǒng)。AT89C52單片機是8位AVR微處理器，功耗低、運算速度快、可靠性高、功能強大，片內(nèi)含8KB的可反復(fù)擦寫的FLASH只讀程序存儲器和256B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位CPU和FLASH存儲單元，可適用于各種控制領(lǐng)域；且具有強大的掉電保護功能，系統(tǒng)主動失電時，即執(zhí)行進入失電模式的指令，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)；同時可以進行程序加密AT89C52有3個程序加密位，可通過選擇對芯片上的3個加密位進行編程或不編程操作來實現(xiàn)對程序的加密。所述測溫傳感器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電源，參數(shù)為12V、05A和5V、2A，該輔助電源還同時為檢測單片機、紅外發(fā)送裝置等模塊供電；主電路和控制電路產(chǎn)生一個交流電源并驅(qū)動一組輸出變壓器；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10匝，優(yōu)選為1匝或者2匝。所述上位機5由PC機加組態(tài)或組態(tài)觸摸屏組成。本系統(tǒng)設(shè)計了上位機監(jiān)控軟件，實時對采集的溫度數(shù)據(jù)進行管理。本軟件可以通過與實時數(shù)據(jù)庫的連接，對溫度數(shù)據(jù)進行存儲、查詢并可在PC機上顯示，還可以進一步將該系統(tǒng)與專用組態(tài)觸摸屏結(jié)合實現(xiàn)更人性化的工作環(huán)境。所述上位機5的監(jiān)控系統(tǒng)采用MCGS組態(tài)軟件制作。本系統(tǒng)采用MCGS68嵌入版，其是在MCGS通用版的基礎(chǔ)上研發(fā)推出的，專門應(yīng)用于嵌入式計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，MCGS68嵌入版包括組態(tài)環(huán)境和運行環(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、成本等要求較為嚴格的計算機系統(tǒng)；其功能包括采集處理現(xiàn)場數(shù)據(jù)，動畫顯示、流程控制、報警處理和報表輸出等。用戶可以方便地調(diào)用相關(guān)構(gòu)解決實際工程問題，在工業(yè)自動化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。此外該組態(tài)軟件還配備有模擬運行環(huán)境，用戶可以方便地利用它對開發(fā)的工程系統(tǒng)進行模擬測試、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將從標準UART接收的數(shù)據(jù)遵循SIR協(xié)議時序進行編碼調(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)議時序進行解碼即解調(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，但二者不會同時發(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線測溫系統(tǒng)，包括以下測溫步驟1本系統(tǒng)測溫傳感器1采用接觸式溫度傳感器，同時有2支測溫傳感器1對一相母線進行測溫，溫度測量部分安裝在母排上，用以測量母線發(fā)熱點溫度，負責采集對應(yīng)測溫點的溫度值；可更加準確了解實際數(shù)據(jù)，進行實時監(jiān)控，避免了因系統(tǒng)誤差造成誤報或災(zāi)害發(fā)生；2溫度數(shù)據(jù)從測溫傳感器1的串口發(fā)送端P31送到紅外模塊2編碼/譯碼器MCP2120，由它將信號編碼調(diào)制后送低功率紅外收發(fā)模塊TFDU4100通過紅外光傳給下位機3一側(cè)的低功率紅外收發(fā)模塊TFDU4100；3系統(tǒng)下位機3一側(cè)的低功率紅外收發(fā)模塊