安科瑞電子商務（上海）有限公司
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摘要：高壓開關柜是變電站的重要電氣設備，它擔負著閉合及斷開電力線路、保護系統(tǒng)安全的雙重作用高壓開關柜長期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、停電、等嚴重事故、因此，高壓開關柜內實時溫度監(jiān)測問題已經成為電力系統(tǒng)中亟待解決的實際問題文章提出一種基于單片機的高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有結構簡單，測溫；隹確度高等特點
關鍵詞：高壓開關柜；無線測溫系統(tǒng)；單片機
0引言
隨著同民經濟的快速發(fā)展，各行各A,kx~電能的需求也越來越高，因此，電力設備的安全可靠運行是電網安全保障的重要環(huán)節(jié)。高壓開關柜是變電站的重要設備之一，大多數(shù)高壓開關柜采用封閉結構，散熱條件較差，設備在長時間T作狀態(tài)下，開關柜內的觸頭容易發(fā)熱而導致部件老化，引起火災等事故因此，封閉式結構的高壓開關柜內部過熱現(xiàn)象已成為開關柜的一個普遍問題。
1高壓開關柜內部觸頭溫度檢測方法
目前，對高壓開關柜內部觸頭發(fā)熱情況進行監(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溫儀對高壓開關柜內溫度進行測量，但由于高壓開關柜密閉結構，且由于柜內線路或元件的遮擋．使得紅外測溫儀無法準確測得柜內溫度數(shù)據。貼色片測溫法是依據色片顏色不同來判斷柜內溫度，該方法也無法準確反映柜內溫度情況。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)射和接收電路等設備要求較高。紅I-N溫法是通過被測目標的溫度變化塒應紅外輻射變化來確定其溫度，這種測溫方式準確度較低。基于此，本文提出一種基于單片機的高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有測溫準確、安裝方便等特點。
2系統(tǒng)總體設計
2.1系統(tǒng)設計要求
高壓開關柜是電力系統(tǒng)的重要設備，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，針對高壓開關柜的特殊]：作環(huán)境，監(jiān)控系統(tǒng)應滿足以下要求：(1)能夠長期穩(wěn)定T作，無需經常更換電池；(2)可適應復雜的電磁噪音環(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)總體設計方案
本文提的高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)主要包括無線測溫模塊、集巾器、上位機服務器3部分，其中無線測溫模塊安裝在高壓開關柜內觸頭處，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絡，與上位機服務器相連接，將高壓開關柜內觸頭溫度實時傳送到上位機服務器，上位機可以實現(xiàn)高壓開關柜溫度數(shù)據的顯示、存儲、報警以及歷史數(shù)據的查詢等功能，從而完成對高壓開關柜內觸電溫度的檢測和預警。
圖1高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)架構
對于下位機溫度采集模塊，主要單片機控制模塊，溫度傳感器模塊，無線收發(fā)模塊，供電模塊組成，其結構如圖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，可以滿足高壓開關柜內的測溫設計要求。單片機控制模塊采取意法半導體公司推STM32F103RBT6，這款單片機是目前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)據以無線的方式發(fā)給溫度采集器。
圖2下位機溫度采集架構
圖3下位機軟件流程
2.3系統(tǒng)軟件設計
在高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)中，下位機軟件主要包括系統(tǒng)初始化、參數(shù)設置、數(shù)據信號采集、檢測及報警等，軟件程序在編寫時主要采取模塊化思想進行設計和實現(xiàn)，具有可移植性好，便于編寫、調試和后期維護，系統(tǒng)程序流程如圖3所示。下位機程序開發(fā)采用C語言編寫。
高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)上位機主要包括對下位機采集到的溫度監(jiān)測數(shù)據進行顯示、存儲、報警、查詢歷史數(shù)據等功能。
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柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監(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，提高設備安全保障，及時、持續(xù)、準確反映設備運行狀態(tài)，降低設備事故率。
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊，系統(tǒng)設計遵循國際標準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、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。
3.2應用場所
適合在泛在電力物聯(lián)網、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據中心、醫(yī)院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監(jiān)測。
3.3系統(tǒng)結構
溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖
3.4系統(tǒng)功能
測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠程監(jiān)視系統(tǒng)內所有開關設備運行溫度狀態(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)內每個測溫點的實時值，也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠程查看數(shù)據。
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。
3.4.4實時告警
系統(tǒng)能夠對各測溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發(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行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，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關以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關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：內存4G，硬盤500G，以太網口。 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)據庫系統(tǒng)：MicrosoftSQLServer2008R2。 通訊協(xié)議：IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等國際標準通信規(guī)約 |
智能通信管理機 |
| Anet-2E4SM | 通用網關，2路網口，4路RS485，可選配1路LORA，帶電告警功能，支持485，4G從模塊擴展。 |
無線測溫集中采集設備 |
| Acrel-2000T/A | 壁掛式安裝 標配一路485接口、一路以太網口 自帶蜂鳴器告警 柜體尺寸480*420*200（單位mm） |
| Acrel-2000T/B | 硬件：內存4G，硬盤128G，以太網口 顯示器：12寸，分辨率800*600 操作系統(tǒng)：Windows7 數(shù)據庫系統(tǒng)：MicrosoftSQLServer2008R2可選Web平臺/APP服務器柜體尺寸為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-Pn | 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ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 | |
| ASD320 ASD300 | 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ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 | |
智能溫度巡檢儀 |
| ARTM-8 | 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，適用于低壓開關柜電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場合的測溫； |
| ARTM-24 | 35MM導軌安裝； 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。 |
| 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。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、線長與供應商聯(lián)系； 用于變壓器、電機繞組測溫時，建議變壓器或電機內部預埋好Pt100 |
| NTC | 用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應商聯(lián)系； |
4結語
本文針對變電站高壓開關柜特殊工作環(huán)境，設 計開發(fā)了一款無線測溫系統(tǒng) ，實現(xiàn)了對高壓開關柜內觸頭溫度的實時采集、傳輸、顯示、報警等功能，該系統(tǒng)具有結構簡單、功耗低、測溫準確、性價比高等 特點，易于工程實現(xiàn)。
參考文獻
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[2]陳銘．高壓開關柜的在線監(jiān)測和故障診斷[J]．廣東科技，2013(16)：121—122．
[3]向方云，張俊．高壓開關柜觸頭溫度在線監(jiān)測的研究[1T]．電子世界，2016(13)：167．
[4] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022年05版
