成套開關設備智能化溫度檢測研究

孔麗丹

摘 要：針對成套開關設備溫度在線動態檢測的必要性和特點，結合DS18B20數字智能化溫度傳感器和ZigBee網絡，提出了成套開關設備智能化溫度檢測方案。系統采用DS18B20溫度傳感器采集開關設備易發熱部位的溫度，并通過ZigBee通信網絡將數據傳輸給集控中心的上位機系統，實現現地與集控中心溫度數據的實時顯示和運算分析，確保開關設備乃至整個配電網熊的安全可靠運行。

關鍵詞：成套開關設備 智能化 溫度檢測系統 DS18B20 ZigBee網絡

中圖分類號：TM59 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0107-01

1 成套開關設備發熱原因分析

從大量案例分析和實際工作經驗可知，成套開關設備發生故障或事故的主要原因，往往是由于開關設備內部連接部位，如：隔離開關、斷路器動靜觸頭、電纜分支接頭、母聯等部位，長時間在大負荷電流的作用下，溫升效應不斷加強，溫度不斷升高，進而引起開關設備絕緣老化、操控機構磨損、過負荷、過電壓等，引起元器件接觸電阻增大，運行熱量不斷積累，導致絕緣過熱破壞設置絕緣、結構等出現燒損問題，造成設備發生線間或相間短路故障，嚴重時可能瞬間引起火災。為了提高成套開關設備運行的安全可靠性，加強開關設備易發熱部位的溫度監測就顯得尤為重要。常規成套開關設備連接部分處發熱運行工況，主要由值班人員定期采用紅外熱像儀、測溫儀或示溫貼片等技術手段，對開關設備的溫度進行靜態監測。由于開關設備工作環境是一個集電、磁、熱等為一體的復雜環境，常規人工定期監測只能測量某一時刻的溫度狀況，也即只能對慢性溫升故障進行監測分析，而對于瞬時溫升故障的監測在實時性、準確性等方面均很難實現，不能實現實時動態監測，更不能根據監測結果及時通過通信網絡告警。通過案例分析結果可知，成套開關設備的溫升事故起因，主要由于小車隔離插頭不到位、動靜觸頭有效接觸面積降低、母線分支接頭不牢固等引起，進而引起設備或元件在強烈熱效應下發生老化。

2 成套開關設備智能化溫度檢測方案

對于成套開關設備中觸頭、接頭等部位的運行溫度進行實時動態檢測，對保障成套開關設備的安全可靠運行，乃至整個配電系統的安全穩定調控運行均具有非常重要的實踐應用研究意義。智能化溫度檢測系統，實在傳統接觸方式的溫度檢測手段的基礎上，結合ZigBee網絡通信技術發展起來的溫度在線動態監測系統，整個系統由安裝在集控中心的上位機、ZigBee網關、ZigBee網絡、測溫點、電力開關設備等共同組成，其邏輯組成結構如圖1所示。

基于ZigBee網絡通信技術的智能化實時動態溫度檢測系統，能夠連續檢測成套開關設備內部觸頭、連接點等部位的實時運行溫度，同時可以通過內部DSP數據處理單位自動分析判斷觸頭、連接點等部位的過熱程度，一旦發現存在溫度不斷升高趨勢或超溫現象時，檢測系統就會自動發出告警信號，提示運行人員及時查看相關部位的問題并及時處理。

3 成套開關設備智能化溫度檢測系統的功能單位

3.1 數字智能化溫度傳感器

隨著傳感器技術研究的進一步深入，傳統的模擬式溫度傳感器已逐步向集成一體的數字式溫度傳感器所取代。數字智能化溫度傳感器在測量實時性、準確性、電路結構等方面均要優于傳統的模擬式溫度傳感器。由于直接采用數字智能化溫度傳感器，優化了傳統模擬式溫度檢測系統中電路結構，減少了A/D模/數轉換電路及必要的調理電路，數字智能化傳感器其數字式輸出數字信號可以被DSP數據處理單位直接采用，并可以根據預設功能要求對相關信號進行動態運算分析，形成對應的調控策略，避免了常規模擬式溫度采集電路中電路設計中存在的協調優化問題。防水封裝DS18B20數字溫度傳感器，其在成套開關設備智能化溫度檢測系統中的應用，不僅可以實現封閉式開關及隱蔽性開關接點溫度的在線實時檢測，同時還可以將相關數據通過ZigBee通信網絡傳輸到集控中心的上位計算機中，實現溫度限制設置、實時溫度數據查詢、歷史溫度數據分析等操作、查詢、分析計算功能。

3.2 ZigBee通信網絡

在傳統接觸式溫度檢測方案的基礎上，結合ZigBee通信網絡實時檢測安裝在成套開關設備內部易發熱的測溫點上，對這些測溫點的溫度變化進行實時在線檢測，及時掌握開關設備的運行工況狀態，并將DS18B20溫度傳感器采集的溫度數據經ZigBee網關進行接受、遠程傳輸共享和實時處理分析，實現開關設備就地和遠端溫度數據的同步共享，顯示測溫點部位的實時溫度值。當檢測系統發現采集的溫度數據超過系統預先設置的限值時，就會自動產生相應的告警信號，通過聲、光等信號，提醒運行人員對系那個過部位進行現場查看，及時排除可能存在的安全隱患及故障。另外，ZigBee通信網絡具有節點容量大、自動協議轉換組網、自動路由、以及故障自檢自愈等功能，且其通信信號在強磁場、高電壓、大熱量等環境中具有較好的傳播性能，數據傳輸速率高、能力強、可靠性高，能很好解決溫度檢測系統絕緣、抗干擾等問題，是實現成套開關設備智能溫度在線動態檢測監測較為優越的通信方案。

4 結語

智能化溫度檢測系統在成套開關設備上的安裝、調速和實施應用后，能很好地解決成套開關設備封閉空間內觸頭、接頭等易發熱部位的溫度在線動態檢測難題，實現了對開關設備溫度的在線動態檢測，及時掌握開關設備易發熱部位的運行工況，正確了解溫度發展趨勢，有效地避免了由于異常發熱引起觸頭燒損或開關爆炸等惡性事故的發生，可以有效保障成套開關設備的安全可靠運行，乃至整個配電系統的安全穩定調控運行。

參考文獻

[1] 邢曉敏，李波，陳靜.電力高壓觸點無線溫度監測系統的研發[J].電力系統保護與控制，2010，38（22）：174-178.

[2] 鄭義，王小華，許玉玉，等.成套開關設備溫度在線檢測用接觸式傳感器的研制[J].高壓電器，2004（1）：20-21.

[3] 王小華，許玉玉，榮命哲，等.成套開關設備溫度在線檢測系統[J].電氣制造，2006（1）：49-52.endprint

摘 要：針對成套開關設備溫度在線動態檢測的必要性和特點，結合DS18B20數字智能化溫度傳感器和ZigBee網絡，提出了成套開關設備智能化溫度檢測方案。系統采用DS18B20溫度傳感器采集開關設備易發熱部位的溫度，并通過ZigBee通信網絡將數據傳輸給集控中心的上位機系統，實現現地與集控中心溫度數據的實時顯示和運算分析，確保開關設備乃至整個配電網熊的安全可靠運行。

關鍵詞：成套開關設備 智能化 溫度檢測系統 DS18B20 ZigBee網絡

中圖分類號：TM59 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0107-01

1 成套開關設備發熱原因分析

從大量案例分析和實際工作經驗可知，成套開關設備發生故障或事故的主要原因，往往是由于開關設備內部連接部位，如：隔離開關、斷路器動靜觸頭、電纜分支接頭、母聯等部位，長時間在大負荷電流的作用下，溫升效應不斷加強，溫度不斷升高，進而引起開關設備絕緣老化、操控機構磨損、過負荷、過電壓等，引起元器件接觸電阻增大，運行熱量不斷積累，導致絕緣過熱破壞設置絕緣、結構等出現燒損問題，造成設備發生線間或相間短路故障，嚴重時可能瞬間引起火災。為了提高成套開關設備運行的安全可靠性，加強開關設備易發熱部位的溫度監測就顯得尤為重要。常規成套開關設備連接部分處發熱運行工況，主要由值班人員定期采用紅外熱像儀、測溫儀或示溫貼片等技術手段，對開關設備的溫度進行靜態監測。由于開關設備工作環境是一個集電、磁、熱等為一體的復雜環境，常規人工定期監測只能測量某一時刻的溫度狀況，也即只能對慢性溫升故障進行監測分析，而對于瞬時溫升故障的監測在實時性、準確性等方面均很難實現，不能實現實時動態監測，更不能根據監測結果及時通過通信網絡告警。通過案例分析結果可知，成套開關設備的溫升事故起因，主要由于小車隔離插頭不到位、動靜觸頭有效接觸面積降低、母線分支接頭不牢固等引起，進而引起設備或元件在強烈熱效應下發生老化。

2 成套開關設備智能化溫度檢測方案

對于成套開關設備中觸頭、接頭等部位的運行溫度進行實時動態檢測，對保障成套開關設備的安全可靠運行，乃至整個配電系統的安全穩定調控運行均具有非常重要的實踐應用研究意義。智能化溫度檢測系統，實在傳統接觸方式的溫度檢測手段的基礎上，結合ZigBee網絡通信技術發展起來的溫度在線動態監測系統，整個系統由安裝在集控中心的上位機、ZigBee網關、ZigBee網絡、測溫點、電力開關設備等共同組成，其邏輯組成結構如圖1所示。

基于ZigBee網絡通信技術的智能化實時動態溫度檢測系統，能夠連續檢測成套開關設備內部觸頭、連接點等部位的實時運行溫度，同時可以通過內部DSP數據處理單位自動分析判斷觸頭、連接點等部位的過熱程度，一旦發現存在溫度不斷升高趨勢或超溫現象時，檢測系統就會自動發出告警信號，提示運行人員及時查看相關部位的問題并及時處理。

3 成套開關設備智能化溫度檢測系統的功能單位

3.1 數字智能化溫度傳感器

隨著傳感器技術研究的進一步深入，傳統的模擬式溫度傳感器已逐步向集成一體的數字式溫度傳感器所取代。數字智能化溫度傳感器在測量實時性、準確性、電路結構等方面均要優于傳統的模擬式溫度傳感器。由于直接采用數字智能化溫度傳感器，優化了傳統模擬式溫度檢測系統中電路結構，減少了A/D模/數轉換電路及必要的調理電路，數字智能化傳感器其數字式輸出數字信號可以被DSP數據處理單位直接采用，并可以根據預設功能要求對相關信號進行動態運算分析，形成對應的調控策略，避免了常規模擬式溫度采集電路中電路設計中存在的協調優化問題。防水封裝DS18B20數字溫度傳感器，其在成套開關設備智能化溫度檢測系統中的應用，不僅可以實現封閉式開關及隱蔽性開關接點溫度的在線實時檢測，同時還可以將相關數據通過ZigBee通信網絡傳輸到集控中心的上位計算機中，實現溫度限制設置、實時溫度數據查詢、歷史溫度數據分析等操作、查詢、分析計算功能。

3.2 ZigBee通信網絡

在傳統接觸式溫度檢測方案的基礎上，結合ZigBee通信網絡實時檢測安裝在成套開關設備內部易發熱的測溫點上，對這些測溫點的溫度變化進行實時在線檢測，及時掌握開關設備的運行工況狀態，并將DS18B20溫度傳感器采集的溫度數據經ZigBee網關進行接受、遠程傳輸共享和實時處理分析，實現開關設備就地和遠端溫度數據的同步共享，顯示測溫點部位的實時溫度值。當檢測系統發現采集的溫度數據超過系統預先設置的限值時，就會自動產生相應的告警信號，通過聲、光等信號，提醒運行人員對系那個過部位進行現場查看，及時排除可能存在的安全隱患及故障。另外，ZigBee通信網絡具有節點容量大、自動協議轉換組網、自動路由、以及故障自檢自愈等功能，且其通信信號在強磁場、高電壓、大熱量等環境中具有較好的傳播性能，數據傳輸速率高、能力強、可靠性高，能很好解決溫度檢測系統絕緣、抗干擾等問題，是實現成套開關設備智能溫度在線動態檢測監測較為優越的通信方案。

4 結語

智能化溫度檢測系統在成套開關設備上的安裝、調速和實施應用后，能很好地解決成套開關設備封閉空間內觸頭、接頭等易發熱部位的溫度在線動態檢測難題，實現了對開關設備溫度的在線動態檢測，及時掌握開關設備易發熱部位的運行工況，正確了解溫度發展趨勢，有效地避免了由于異常發熱引起觸頭燒損或開關爆炸等惡性事故的發生，可以有效保障成套開關設備的安全可靠運行，乃至整個配電系統的安全穩定調控運行。

參考文獻

[1] 邢曉敏，李波，陳靜.電力高壓觸點無線溫度監測系統的研發[J].電力系統保護與控制，2010，38（22）：174-178.

[2] 鄭義，王小華，許玉玉，等.成套開關設備溫度在線檢測用接觸式傳感器的研制[J].高壓電器，2004（1）：20-21.

[3] 王小華，許玉玉，榮命哲，等.成套開關設備溫度在線檢測系統[J].電氣制造，2006（1）：49-52.endprint

摘 要：針對成套開關設備溫度在線動態檢測的必要性和特點，結合DS18B20數字智能化溫度傳感器和ZigBee網絡，提出了成套開關設備智能化溫度檢測方案。系統采用DS18B20溫度傳感器采集開關設備易發熱部位的溫度，并通過ZigBee通信網絡將數據傳輸給集控中心的上位機系統，實現現地與集控中心溫度數據的實時顯示和運算分析，確保開關設備乃至整個配電網熊的安全可靠運行。

關鍵詞：成套開關設備 智能化 溫度檢測系統 DS18B20 ZigBee網絡

中圖分類號：TM59 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0107-01

1 成套開關設備發熱原因分析

從大量案例分析和實際工作經驗可知，成套開關設備發生故障或事故的主要原因，往往是由于開關設備內部連接部位，如：隔離開關、斷路器動靜觸頭、電纜分支接頭、母聯等部位，長時間在大負荷電流的作用下，溫升效應不斷加強，溫度不斷升高，進而引起開關設備絕緣老化、操控機構磨損、過負荷、過電壓等，引起元器件接觸電阻增大，運行熱量不斷積累，導致絕緣過熱破壞設置絕緣、結構等出現燒損問題，造成設備發生線間或相間短路故障，嚴重時可能瞬間引起火災。為了提高成套開關設備運行的安全可靠性，加強開關設備易發熱部位的溫度監測就顯得尤為重要。常規成套開關設備連接部分處發熱運行工況，主要由值班人員定期采用紅外熱像儀、測溫儀或示溫貼片等技術手段，對開關設備的溫度進行靜態監測。由于開關設備工作環境是一個集電、磁、熱等為一體的復雜環境，常規人工定期監測只能測量某一時刻的溫度狀況，也即只能對慢性溫升故障進行監測分析，而對于瞬時溫升故障的監測在實時性、準確性等方面均很難實現，不能實現實時動態監測，更不能根據監測結果及時通過通信網絡告警。通過案例分析結果可知，成套開關設備的溫升事故起因，主要由于小車隔離插頭不到位、動靜觸頭有效接觸面積降低、母線分支接頭不牢固等引起，進而引起設備或元件在強烈熱效應下發生老化。

2 成套開關設備智能化溫度檢測方案

對于成套開關設備中觸頭、接頭等部位的運行溫度進行實時動態檢測，對保障成套開關設備的安全可靠運行，乃至整個配電系統的安全穩定調控運行均具有非常重要的實踐應用研究意義。智能化溫度檢測系統，實在傳統接觸方式的溫度檢測手段的基礎上，結合ZigBee網絡通信技術發展起來的溫度在線動態監測系統，整個系統由安裝在集控中心的上位機、ZigBee網關、ZigBee網絡、測溫點、電力開關設備等共同組成，其邏輯組成結構如圖1所示。

基于ZigBee網絡通信技術的智能化實時動態溫度檢測系統，能夠連續檢測成套開關設備內部觸頭、連接點等部位的實時運行溫度，同時可以通過內部DSP數據處理單位自動分析判斷觸頭、連接點等部位的過熱程度，一旦發現存在溫度不斷升高趨勢或超溫現象時，檢測系統就會自動發出告警信號，提示運行人員及時查看相關部位的問題并及時處理。

3 成套開關設備智能化溫度檢測系統的功能單位

3.1 數字智能化溫度傳感器

隨著傳感器技術研究的進一步深入，傳統的模擬式溫度傳感器已逐步向集成一體的數字式溫度傳感器所取代。數字智能化溫度傳感器在測量實時性、準確性、電路結構等方面均要優于傳統的模擬式溫度傳感器。由于直接采用數字智能化溫度傳感器，優化了傳統模擬式溫度檢測系統中電路結構，減少了A/D模/數轉換電路及必要的調理電路，數字智能化傳感器其數字式輸出數字信號可以被DSP數據處理單位直接采用，并可以根據預設功能要求對相關信號進行動態運算分析，形成對應的調控策略，避免了常規模擬式溫度采集電路中電路設計中存在的協調優化問題。防水封裝DS18B20數字溫度傳感器，其在成套開關設備智能化溫度檢測系統中的應用，不僅可以實現封閉式開關及隱蔽性開關接點溫度的在線實時檢測，同時還可以將相關數據通過ZigBee通信網絡傳輸到集控中心的上位計算機中，實現溫度限制設置、實時溫度數據查詢、歷史溫度數據分析等操作、查詢、分析計算功能。

3.2 ZigBee通信網絡

在傳統接觸式溫度檢測方案的基礎上，結合ZigBee通信網絡實時檢測安裝在成套開關設備內部易發熱的測溫點上，對這些測溫點的溫度變化進行實時在線檢測，及時掌握開關設備的運行工況狀態，并將DS18B20溫度傳感器采集的溫度數據經ZigBee網關進行接受、遠程傳輸共享和實時處理分析，實現開關設備就地和遠端溫度數據的同步共享，顯示測溫點部位的實時溫度值。當檢測系統發現采集的溫度數據超過系統預先設置的限值時，就會自動產生相應的告警信號，通過聲、光等信號，提醒運行人員對系那個過部位進行現場查看，及時排除可能存在的安全隱患及故障。另外，ZigBee通信網絡具有節點容量大、自動協議轉換組網、自動路由、以及故障自檢自愈等功能，且其通信信號在強磁場、高電壓、大熱量等環境中具有較好的傳播性能，數據傳輸速率高、能力強、可靠性高，能很好解決溫度檢測系統絕緣、抗干擾等問題，是實現成套開關設備智能溫度在線動態檢測監測較為優越的通信方案。

4 結語

智能化溫度檢測系統在成套開關設備上的安裝、調速和實施應用后，能很好地解決成套開關設備封閉空間內觸頭、接頭等易發熱部位的溫度在線動態檢測難題，實現了對開關設備溫度的在線動態檢測，及時掌握開關設備易發熱部位的運行工況，正確了解溫度發展趨勢，有效地避免了由于異常發熱引起觸頭燒損或開關爆炸等惡性事故的發生，可以有效保障成套開關設備的安全可靠運行，乃至整個配電系統的安全穩定調控運行。

參考文獻

[1] 邢曉敏，李波，陳靜.電力高壓觸點無線溫度監測系統的研發[J].電力系統保護與控制，2010，38（22）：174-178.

[2] 鄭義，王小華，許玉玉，等.成套開關設備溫度在線檢測用接觸式傳感器的研制[J].高壓電器，2004（1）：20-21.

[3] 王小華，許玉玉，榮命哲，等.成套開關設備溫度在線檢測系統[J].電氣制造，2006（1）：49-52.endprint