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變電所的高壓開關(guān)柜是重要的電器設(shè)備，在長期的運行過程中，開關(guān)柜中的母線接點、高壓電纜接頭等部位因老化或者接觸電阻過大而發(fā)熱，使相鄰的絕緣部件性能劣化，甚至發(fā)生擊穿而造成事故。
據(jù)統(tǒng)計，供電系統(tǒng)發(fā)生事故的原因很多是因為熱問題產(chǎn)生的。但由于開關(guān)柜內(nèi)空間結(jié)構(gòu)狹小，每相母線對地和不同相之間都存在很高的電壓，無法進行人工巡查測溫，所以直接測量開關(guān)柜內(nèi)接點溫度一直是電力系統(tǒng)檢測的一個難題。為此，筆者設(shè)計了一種基于紅外傳輸?shù)臒o線測溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)將傳感器安裝在被測物體表面，在線測量該測溫點溫度后，通過紅外傳輸方式將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到安裝在開關(guān)柜柜門表面的采集器中，溫度采集器將其傳送到監(jiān)控計算機處理，當所測溫度超過預設(shè)報警值時，系統(tǒng)自動報警，提醒工作人員及時采取適當措施。
1 紅外傳輸模塊
紅外傳輸模塊主要由紅外編碼/譯碼器MCP2120和紅外收發(fā)器TFDU4100組成。紅外編碼/譯碼器MCP2120是美國Microchip技術(shù)公司推出的，在應用中位于通用異步接收器/發(fā)射器（UART接口模塊）和紅外收發(fā)器之間。該器件對從標準的UART接收的數(shù)據(jù)進行編碼，并以電脈沖方式輸出到紅外收發(fā)器TFDU4100中。紅外收發(fā)器TFDU4100將接收的數(shù)據(jù)同樣以電脈沖形式饋送到MCP2120進行解碼，而后通過MCP2120和UART發(fā)射譯碼數(shù)據(jù)。
1.1 紅外傳輸模塊的工作原理
紅外傳輸模塊采用37kHz標準紅外串口接口傳輸信號，進行應答式半雙工通信。紅外傳輸模塊電路如圖1所示。MCP2120的引腳TX接收的來自UART的數(shù)據(jù)經(jīng)編碼器編碼后通過引腳TXIR發(fā)射。紅外收發(fā)器接收的光脈沖信號經(jīng)引腳RXD（RXD是單片機的一個引腳）輸出后并通過MCP2120的引腳RXIR進入譯碼器解調(diào)，然后經(jīng)引腳RX饋送到UART。MCP2120發(fā)送和接收波特率既可通過BAUD2、BAUD1和BAUD03個硬件引腳配置，也可通過軟件選擇。
1.2 紅外傳輸模塊的特點
紅外傳輸模塊利用光信號進行傳輸，不受電磁場的干擾，具有很強的抗電磁干擾能力；它功耗低，休眠電流僅為5A,可靠地保證了電池的使用壽命。因此，在高壓開關(guān)柜這種封閉環(huán)境下，它能很好地滿足傳輸要求。
2 無線測溫系統(tǒng)設(shè)計
無線測溫系統(tǒng)主要由溫度傳感器、溫度采集器組成的下位機（測溫模塊）和上位機（監(jiān)控計算機）通過通信網(wǎng)絡(luò)連接而成。溫度傳感器采用高性能數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集監(jiān)測點溫度，并將溫度信號以無線形式發(fā)送給溫度采集器。溫度采集器和監(jiān)控計算機以RS485通信網(wǎng)絡(luò)連接，組成完整的計算機在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)。
系統(tǒng)采用主從分布式結(jié)構(gòu)，以溫度采集器的單片機為控制核心，既可以獨立地完成數(shù)據(jù)處理、顯示和報警等任務(wù)，又可以將數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控計算機。
監(jiān)控計算機將這些數(shù)據(jù)進行處理、顯示、打印，同時將各種控制命令傳給各個從機，以實現(xiàn)集中管理和最優(yōu)控制。
2.1 溫度傳感器
溫度傳感器主要由數(shù)字式溫度傳感器、中央處理單元和紅外傳輸模塊組成。溫度傳感器直接安裝在被測物體表面，真實地反映被測點的實時溫度。
數(shù)字式溫度傳感器采用TI公司生產(chǎn)的DS18B20,它具有測量精度高、線性度好、性能比較穩(wěn)定的特點，測量溫度可為-55~125。溫度傳感器采用高性能鋰電池供電，具有饋電自檢測功能，當電池電壓低于3V時，將自動報警。
2.2 溫度采集器
溫度采集器主要由紅外傳輸模塊、中央處理單元和串行接口收發(fā)模塊組成。溫度采集器負責接收溫度傳感器發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)，對溫度數(shù)據(jù)進行分析處理，并將紅外信號溫度信息變?yōu)闃藴蚀行畔魉徒o監(jiān)控計算機。每個溫度采集器巡檢3個溫度傳感器。
3 監(jiān)控計算機監(jiān)控軟件
監(jiān)控計算機監(jiān)控軟件采用VB語言編寫，溫度采集器從溫度傳感器處采集到監(jiān)測點的溫度，并送交到監(jiān)控計算機，監(jiān)控計算機的主要任務(wù)是接收處理溫度數(shù)據(jù)并將其實時顯示出來，當溫度超限時自動報警，并形成溫度曲線和報表。監(jiān)控計算機監(jiān)控軟件功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。
監(jiān)控計算機監(jiān)控軟件具有以下功能
（1）實時顯示監(jiān)測點的溫度數(shù)據(jù)，當監(jiān)測點溫度超過預設(shè)報警時自動報警；
�。�2）可以根據(jù)監(jiān)測點的溫度數(shù)據(jù)繪制日、月、年曲線，能夠?qū)囟葦?shù)據(jù)生成報表并打�。�
�。�3）可以根據(jù)需要設(shè)定報警值和查詢周期；
�。�4）結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)，能夠?qū)ΡO(jiān)測點的狀態(tài)作出評估。
3.1 屏幕顯示
屏幕顯示是系統(tǒng)主要功能的體現(xiàn)，即進行實時溫度顯示，屏幕顯示界面如圖4所示。黑色點代表測溫點，用戶可以通過單擊進線開關(guān)柜和出線開關(guān)柜獲得測溫點的實時溫度。一旦溫度超過報警溫度值，將會以聲音、對話框和紅色溫度字體提醒用戶檢查。
3.2 溫度曲線
繪制溫度曲線總共分為3類：實時曲線、日曲線和年曲線。實時曲線建立在實時溫度表的基礎(chǔ)上，而日曲線和年曲線建立在歷史數(shù)據(jù)表的基礎(chǔ)上。通過輸入采集點的編號和時間即可得到各種溫度曲線，在輸入采集點編號的同時同樣會出現(xiàn)所屬變電所和線路的名稱，以便用戶能很快找到對應點進行相應的操作。
溫度曲線可以對當前、日、年的溫度繪制曲線，便于操作者觀察和分析其中的規(guī)律，可以預先進行某些降溫處理，同時也為該系統(tǒng)的另一個擴展功能——預警提供數(shù)據(jù)支持。
3.3 狀態(tài)評估
狀態(tài)評估主要是對測量接點設(shè)定預報警值，當測量接點溫度超過預報警值但還未達到報警溫度時，將溫度數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)。通過查看數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)中存儲的溫度數(shù)據(jù)以及故障信息等參數(shù)，并結(jié)合當前線路狀態(tài)，對其進行邏輯處理，判斷可能存在的故障，工作人員可以根據(jù)它安排合理的檢修計劃。狀態(tài)評估界面如圖6所示。
4 無線測溫系統(tǒng)特點
該無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，集精確測溫、無線數(shù)據(jù)傳輸和總線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)于一體，滿足了對供電系統(tǒng)開關(guān)柜內(nèi)溫度實時在線監(jiān)測的要求；采用了紅外傳輸技術(shù)，沒有電磁干擾，最大限度地降低了周圍電磁場尤其是開關(guān)開、合閘的影響，有效地保證了測溫精度，提高了設(shè)備使用壽命。監(jiān)控軟件通過與數(shù)據(jù)庫的連接，可以對溫度數(shù)據(jù)進行存儲、查詢和顯示，還可以實現(xiàn)測點溫度數(shù)據(jù)曲線圖形顯示功能，并且提供了打印數(shù)據(jù)報表的功能。
5 結(jié)語
基于紅外傳輸?shù)臒o線測溫系統(tǒng)有效地解決了開關(guān)柜在線監(jiān)測溫度難的問題，電力系統(tǒng)作為我們工業(yè)產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)頭羊，是實現(xiàn)工控自動化的第一步。該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，測溫準確，效果良好，在電力系統(tǒng)安全運行中發(fā)揮了重要作用，具有良好的推廣空間和廣闊的市場前景。
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