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變電所的高壓開(kāi)關(guān)柜是重要的電器設(shè)備，在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中，開(kāi)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(guò)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)生事故的原因很多是因?yàn)闊釂?wèn)題產(chǎn)生的。但由于開(kāi)關(guān)柜內(nèi)空間結(jié)構(gòu)狹小，每相母線對(duì)地和不同相之間都存在很高的電壓，無(wú)法進(jìn)行人工巡查測(cè)溫，所以直接測(cè)量開(kāi)關(guān)柜內(nèi)接點(diǎn)溫度一直是電力系統(tǒng)檢測(cè)的一個(gè)難題。為此，筆者設(shè)計(jì)了一種基于紅外傳輸?shù)臒o(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)將傳感器安裝在被測(cè)物體表面，在線測(cè)量該測(cè)溫點(diǎn)溫度后，通過(guò)紅外傳輸方式將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到安裝在開(kāi)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(cè)溫度超過(guò)預(yù)設(shè)報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員及時(shí)采取適當(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(guó)Microchip技術(shù)公司推出的，在應(yīng)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(duì)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(guò)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(biāo)準(zhǔn)紅外串口接口傳輸信號(hào)，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(lái)自UART的數(shù)據(jù)經(jīng)編碼器編碼后通過(guò)引腳TXIR發(fā)射。紅外收發(fā)器接收的光脈沖信號(hào)經(jīng)引腳RXD（RXD是單片機(jī)的一個(gè)引腳）輸出后并通過(guò)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(guò)BAUD2、BAUD1和BAUD03個(gè)硬件引腳配置，也可通過(guò)軟件選擇。
1.2 紅外傳輸模塊的特點(diǎn)
紅外傳輸模塊利用光信號(hào)進(jìn)行傳輸，不受電磁場(chǎng)的干擾，具有很強(qiáng)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(kāi)關(guān)柜這種封閉環(huán)境下，它能很好地滿足傳輸要求。
2 無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)
無(wú)線測(cè)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(cè)溫模塊）和上位機(jī)（監(jiān)控計(jì)算機(jī)）通過(guò)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(cè)點(diǎn)溫度，并將溫度信號(hào)以無(wú)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(cè)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(jī)為控制核心，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)將各種控制命令傳給各個(gè)從機(jī)，以實(shí)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(cè)物體表面，真實(shí)地反映被測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)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(cè)量精度高、線性度好、性能比較穩(wěn)定的特點(diǎn)，測(cè)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(cè)功能，當(dāng)電池電壓低于3V時(shí)，將自動(dòng)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(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并將紅外信號(hào)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(gè)溫度采集器巡檢3個(gè)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)控軟件采用VB語(yǔ)言編寫(xiě)，溫度采集器從溫度傳感器處采集到監(jiān)測(cè)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(lái)，當(dāng)溫度超限時(shí)自動(dòng)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。
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(cè)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度超過(guò)預(yù)設(shè)報(bào)警時(shí)自動(dòng)報(bào)警；
�。�2）可以根據(jù)監(jiān)測(cè)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）可以根據(jù)需要設(shè)定報(bào)警值和查詢周期；
（4）結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史數(shù)據(jù)，能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)作出評(píng)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(cè)溫點(diǎn)，用戶可以通過(guò)單擊進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜和出線開(kāi)關(guān)柜獲得測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度。一旦溫度超過(guò)報(bào)警溫度值，將會(huì)以聲音、對(duì)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(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(guò)輸入采集點(diǎn)的編號(hào)和時(shí)間即可得到各種溫度曲線，在輸入采集點(diǎn)編號(hào)的同時(shí)同樣會(huì)出現(xiàn)所屬變電所和線路的名稱，以便用戶能很快找到對(duì)應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的操作。
溫度曲線可以對(duì)當(dāng)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(yù)先進(jìn)行某些降溫處理，同時(shí)也為該系統(tǒng)的另一個(gè)擴(kuò)展功能——預(yù)警提供數(shù)據(jù)支持。
3.3 狀態(tài)評(píng)估
狀態(tài)評(píng)估主要是對(duì)測(cè)量接點(diǎn)設(shè)定預(yù)報(bào)警值，當(dāng)測(cè)量接點(diǎn)溫度超過(guò)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(kù)中的歷史數(shù)據(jù)。通過(guò)查看數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史數(shù)據(jù)中存儲(chǔ)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(duì)其進(jìn)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(jì)劃。狀態(tài)評(píng)估界面如圖6所示。
4 無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)特點(diǎn)
該無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，集精確測(cè)溫、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和總線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)于一體，滿足了對(duì)供電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的要求；采用了紅外傳輸技術(shù)，沒(méi)有電磁干擾，最大限度地降低了周圍電磁場(chǎng)尤其是開(kāi)關(guān)開(kāi)、合閘的影響，有效地保證了測(cè)溫精度，提高了設(shè)備使用壽命。監(jiān)控軟件通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，可以對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢和顯示，還可以實(shí)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)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(bào)表的功能。
5 結(jié)語(yǔ)
基于紅外傳輸?shù)臒o(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)有效地解決了開(kāi)關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)溫度難的問(wèn)題，電力系統(tǒng)作為我們工業(yè)產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)頭羊，是實(shí)現(xiàn)工控自動(dòng)化的第一步。該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，測(cè)溫準(zhǔn)確，效果良好，在電力系統(tǒng)安全運(yùn)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(chǎng)前景。
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