紅外無線測溫解決電力系統(tǒng)監(jiān)測問題-技術(shù)方案

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引言

變電所的高壓開關(guān)柜是重要的電器設(shè)備，在長期的運(yùn)行過程中，開關(guān)柜中的母線接點(diǎn)、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(jì)，供電系統(tǒng)發(fā)生事故的緣由許多是由于熱問題產(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(jìn)行人工巡查測溫，所以直接測量開關(guān)柜內(nèi)接點(diǎn)溫度始終是電力系統(tǒng)檢測的一個難題。為此，筆者設(shè)計(jì)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(diǎn)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(jì)算機(jī)處理，當(dāng)所測溫度超過預(yù)設(shè)報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)自動報(bào)警，提示工作人員準(zhǔn)時(shí)實(shí)行適當(dāng)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(yīng)用中位于通用異步接收器/放射器（UART接口模塊）和紅外收發(fā)器之間。該器件對從標(biāo)準(zhǔn)的UART接收的數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行解碼，而后通過MCP2120和UART放射譯碼數(shù)據(jù)。

1.1紅外傳輸模塊的工作原理

紅外傳輸模塊采納37kHz標(biāo)準(zhǔn)紅外串口接口傳輸信號，進(jìn)行應(yīng)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放射。紅外收發(fā)器接收的光脈沖信號經(jīng)引腳RXD（RXD是單片機(jī)的一個引腳）輸出后并通過MCP2120的引腳RXIR進(jìn)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。

圖1紅外傳輸模塊電路

1.2紅外傳輸模塊的特點(diǎn)

紅外傳輸模塊利用光信號進(jìn)行傳輸，不受電磁場的干擾，具有很強(qiáng)的抗電磁干擾力量；它功耗低，休眠電流僅為5A,牢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，它能很好地滿意傳輸要求。

2無線測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(jī)（測溫模塊）和上位機(jī)（監(jiān)控計(jì)算機(jī)）通過通信網(wǎng)絡(luò)連接而成。溫度傳感器采納高性能數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集監(jiān)測點(diǎn)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(jì)算機(jī)以RS485通信網(wǎng)絡(luò)連接，組成完整的計(jì)算機(jī)在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2無線測溫系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采納主從分布式結(jié)構(gòu)，以溫度采集器的單片機(jī)為掌握，既可以獨(dú)立地完成數(shù)據(jù)處理、顯示和報(bào)警等任務(wù)，又可以將數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。

監(jiān)控計(jì)算機(jī)將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、打印，同時(shí)將各種掌握命令傳給各個從機(jī)，以實(shí)現(xiàn)集中管理和掌握。

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(shí)地反映被測點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度。

數(shù)字式溫度傳感器采納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(diǎn)，測量溫度可為-55~125。溫度傳感器采納高性能鋰電池供電，具有饋電自檢測功能，當(dāng)電池電壓低于3V時(shí)，將自動報(bào)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(fù)責(zé)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(jìn)行分析處理，并將紅外信號溫度信息變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)串行信息傳送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。每個溫度采集器巡檢3個溫度傳感器。

3監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件

監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件采納VB語言編寫，溫度采集器從溫度傳感器處采集到監(jiān)測點(diǎn)的溫度，并送交到監(jiān)控計(jì)算機(jī)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)是接收處理溫度數(shù)據(jù)并將其實(shí)時(shí)顯示出來，當(dāng)溫度超自動報(bào)警，并形成溫度曲線和報(bào)表。監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件功能結(jié)構(gòu)

監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件具有以下功能

（1）實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)溫度超過預(yù)設(shè)報(bào)警時(shí)自動報(bào)警；

（2）可以依據(jù)監(jiān)測點(diǎn)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(bào)表并打??；

（3）可以依據(jù)需要設(shè)定報(bào)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(diǎn)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(jìn)行實(shí)時(shí)溫度顯示，屏幕顯示界面如圖4所示。黑色點(diǎn)代表測溫點(diǎn)，用戶可以通過單擊進(jìn)線開關(guān)柜和出線開關(guān)柜獲得測溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度。一旦溫度超過報(bào)警溫度值，將會以聲音、對話框和紅色溫度字體提示用戶檢查。

圖4屏幕顯示界面

3.2溫度曲線

繪制溫度曲線總共分為3類：實(shí)時(shí)曲線、日曲線和年曲線。實(shí)時(shí)曲線建立在實(shí)時(shí)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(diǎn)的編號和時(shí)間即可得到各種溫度曲線，在輸入采集點(diǎn)編號的同時(shí)同樣會消失所屬變電所和線路的名稱，以便用戶能很快找到對應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的操作，如圖5所示。

圖5溫度日曲線界面

溫度曲線可以對當(dāng)前、日、年的溫度繪制曲線，便于操觀看和分析其中的規(guī)律，可以預(yù)先進(jìn)行某些降溫處理，同時(shí)也為該系統(tǒng)的另一個擴(kuò)展功能——預(yù)警供應(yīng)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(diǎn)設(shè)定預(yù)報(bào)警值，當(dāng)測量接點(diǎn)溫度超過預(yù)報(bào)警值但還未達(dá)到報(bào)警溫度時(shí)，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(dāng)前線路狀態(tài)，對其進(jìn)行規(guī)律處理，推斷可能存在的故障，工作人員可以依據(jù)它支配合理的檢修方案。狀態(tài)評估界面如圖6所示。

圖6狀態(tài)評估界面

4無線測溫系統(tǒng)特點(diǎn)

該無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔，易于實(shí)現(xiàn)，集測溫、無線數(shù)據(jù)傳輸和總線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)于一體，滿意了對供電系統(tǒng)開關(guān)柜內(nèi)溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測的要求；采納了紅外傳輸技術(shù)，沒有電磁干擾，限度地降低了四周電磁場尤其是開關(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(jìn)行存儲、查詢和顯示，還可以實(shí)現(xiàn)測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)曲線圖形顯示功能，并且供