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(qiáng)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(shí)發(fā)現(xiàn)并處理可能會(huì)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(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)問題已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中亟待解決的實(shí)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(cè)溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，測(cè)溫；隹確度高等特點(diǎn)
關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜；無線測(cè)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(yùn)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(shí)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(gè)普遍問題。
1高壓開關(guān)柜內(nèi)部觸頭溫度檢測(cè)方法
目前，對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)部觸頭發(fā)熱情況進(jìn)行監(jiān)控，隨時(shí)掌握溫度變化情況，使之在處于危險(xiǎn)溫度前對(duì)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(cè)方法主要有人T巡檢、貼色片測(cè)溫法、光纖測(cè)溫法和紅外測(cè)溫法。人T巡檢主要依靠T作人員手持紅~'t-N溫儀對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)溫度進(jìn)行測(cè)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(cè)溫儀無法準(zhǔn)確測(cè)得柜內(nèi)溫度數(shù)據(jù)。貼色片測(cè)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(cè)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(qiáng)來確定溫度，對(duì)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(cè)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(cè)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(cè)溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有測(cè)溫準(zhǔn)確、安裝方便等特點(diǎn)。
2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(qiáng)電磁噪聲的環(huán)境下，對(duì)可靠性和穩(wěn)定性要求都很高，因此，針對(duì)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(jì)方案
本文提的高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)主要包括無線測(cè)溫模塊、集巾器、上位機(jī)服務(wù)器3部分，其中無線測(cè)溫模塊安裝在高壓開關(guān)柜內(nèi)觸頭處，用于檢測(cè)觸頭溫度，并將檢測(cè)到的溫度信號(hào)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(shí)時(shí)傳送到上位機(jī)服務(wù)器，上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān)柜溫度數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)、報(bào)警以及歷史數(shù)據(jù)的查詢等功能，從而完成對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)觸電溫度的檢測(cè)和預(yù)警。
圖1高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)架構(gòu)
對(duì)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(cè)溫范圍廣(．55～125°C)等特點(diǎn)，可以滿足高壓開關(guān)柜內(nèi)的測(cè)溫設(shè)計(jì)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(jì)
在高壓開關(guān)柜無線測(cè)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(hào)采集、檢測(cè)及報(bào)警等，軟件程序在編寫時(shí)主要采取模塊化思想進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)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(cè)溫系統(tǒng)上位機(jī)主要包括對(duì)下位機(jī)采集到的溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)、報(bào)警、查詢歷史數(shù)據(jù)等功能。
3.安科瑞溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案
3.1概述
電氣接點(diǎn)在線測(cè)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(cè)，防止在運(yùn)行過程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)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(shí)、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備事故率。
Acrel-2000T無線測(cè)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(jì)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(cè)、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能，可以監(jiān)控?zé)o線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)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(cè)。
3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3.4系統(tǒng)功能
測(cè)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(yùn)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(gè)測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)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(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線。
3.4.3運(yùn)行報(bào)表
查詢及打印各測(cè)溫點(diǎn)時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。
3.4.4實(shí)時(shí)告警
系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y(cè)溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語音報(bào)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(shí)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(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析等。
3.5系統(tǒng)硬件配置
溫度在線監(jiān)測(cè)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(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測(cè)。
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名稱
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外形
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型號(hào)
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參數(shù)說明
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系統(tǒng)組態(tài)軟件
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Acrel-2000/T
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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
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智能通信管理機(jī)
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Anet-2E4SM
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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。
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無線測(cè)溫集中采集設(shè)備
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Acrel-2000T/A
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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）
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Acrel-2000T/B
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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(tái)/APP服務(wù)器柜體尺寸為480*420*200（單位mm)
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顯示終端
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ATP007
ATP010
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DC24V供電；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口；
可接收20個(gè)ATC200/1個(gè)ATC400/1個(gè)ATC450-C。
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ARTM-Pn
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面框96*96*17mm，深度65mm；開孔92*92mm；
AC85-265V或DC100-300V供電；
一路上行RS485接口，Modbus協(xié)議；
可接收60個(gè)ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。
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ASD320
ASD300
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面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；開孔220*165mm；
AC85-265V或DC100-300V供電；
一路上行RS485接口，Modbus協(xié)議；
可接收12個(gè)ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。
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智能溫度巡檢儀
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ARTM-8
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開孔88*88mm嵌入式按照；
AC85-265V或DC100-300V供電；
一路上行RS485接口，Modbus協(xié)議；
可接入8路PT100傳感器，適用于低壓開關(guān)柜電氣接點(diǎn)、變壓器繞組、點(diǎn)擊繞組等場合的測(cè)溫；
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ARTM-24
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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(cè)溫、2路繼電器告警輸出，用于低壓電氣接點(diǎn)、變壓器繞組、點(diǎn)擊繞組等場所測(cè)溫；
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無線收發(fā)器
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ATC450-C
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可接收60個(gè)ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。
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ATC600
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ATC600有兩種規(guī)格；ATC600-C可接收240個(gè)ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。ATC600-Z做中繼透傳。
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電池型無線測(cè)溫傳感器
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ATE100M
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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)。
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ATE200
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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)。
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ATE200P
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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(jí)IP68；35*35*17mm，L=330mm(長*寬*高，三色表帶)。
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CT取電型無線測(cè)溫傳感器
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ATE400
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CT感應(yīng)取電，啟動(dòng)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)。
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有線溫度傳感器
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PT100
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用于低壓接點(diǎn)測(cè)溫時(shí)，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(cè)溫時(shí)，建議變壓器或電機(jī)內(nèi)部預(yù)埋好Pt100
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NTC
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用于低壓接點(diǎn)測(cè)溫時(shí)，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系；
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4結(jié)語
本文針對(duì)變電站高壓開關(guān)柜特殊工作環(huán)境，設(shè) 計(jì)開發(fā)了一款無線測(cè)溫系統(tǒng) ，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓開關(guān)柜 內(nèi)觸頭溫度的實(shí)時(shí)采集、傳輸、顯示、報(bào)警等功能，該 系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、測(cè)溫準(zhǔn)確、性價(jià)比高等 特點(diǎn)，易于工程實(shí)現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
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陳銘．高壓開關(guān)柜的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷[J]．廣東科技，2013(16)：121—122．
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向方云，張?。邏洪_關(guān)柜觸頭溫度在線監(jiān)測(cè)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(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022年05版
作者簡介
范曼曼，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)榻ㄖ芎南到y(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，郵箱:[email protected]，手機(jī)：18702112018（微信同號(hào)），QQ:2880157876
