基于紅外測溫技術(shù)的開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究

孫光亮 儀大勇 劉洋 張笑慶

【關(guān)鍵詞】紅外測溫 開關(guān)柜 高溫報警 單片機 GSM

1 引言

隨著社會經(jīng)濟和電力行業(yè)的發(fā)展，全封閉式高壓開關(guān)柜已廣泛應(yīng)用于各電壓等級變電站10kV、35kV供電系統(tǒng)中，在配電網(wǎng)中極為重要，是作為架空線、電纜、母聯(lián)的樞紐節(jié)點。柜內(nèi)接點（插頭）接觸位置偏移、動靜觸指彈簧松動、材質(zhì)不良等因素均會導(dǎo)致開關(guān)柜內(nèi)的刀閘觸頭、母線排過渡點、電纜終端接頭等關(guān)鍵部位產(chǎn)生嚴(yán)重發(fā)熱，影響設(shè)備安全運行。

目前國內(nèi)變電站內(nèi)普遍采用的測溫手段是示溫變色蠟片法、紅外測溫法、接觸式測溫電阻法。示溫變色蠟片法測溫誤差大，實用性差；紅外測溫法無法透過設(shè)備外殼監(jiān)測到設(shè)備內(nèi)部的高溫，且不能實時監(jiān)測設(shè)備溫度；設(shè)備內(nèi)部采用的接觸式測溫電阻法，存在高電壓隔離和測溫器件溫度過熱的問題，實用性差。隨著電壓等級的提高和用電負荷的逐年增長，以上方法的局限性越來越明顯。

由此可見，設(shè)計一種實用性強，精度高的溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時地對開關(guān)柜內(nèi)關(guān)鍵部位的溫度進行非接觸式測溫，具有十分重要的應(yīng)用價值。

2 系統(tǒng)介紹

本文設(shè)計的開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括溫度采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、聲光報警模塊、GSM遙信報警模塊。

該系統(tǒng)利用紅外測溫技術(shù)，可遠離測量點進行非接觸式測溫，解決了高壓隔離以及傳感器溫度過高的問題，響應(yīng)速度快，精度高。裝置安裝于金屬柜門內(nèi)側(cè)，實時監(jiān)測并顯示開關(guān)柜內(nèi)部關(guān)鍵部位的溫度，不影響開關(guān)柜的正常運行。數(shù)據(jù)顯示模塊布置在透觀察窗口處便于運維人員檢查記錄。

該裝置內(nèi)部設(shè)計有聲光報警模塊，當(dāng)溫度達到或超過預(yù)先設(shè)定的報警溫度限定值時，在現(xiàn)場發(fā)出聲光報警信號，便于巡視人員在巡視時及時發(fā)現(xiàn)高溫缺陷。當(dāng)溫度達到或低于報警溫度值時，裝置自動取消報警。本裝置還設(shè)計有GSM遙信報警模塊，在出現(xiàn)高溫現(xiàn)象時，可以將溫度數(shù)據(jù)以短信息的形式發(fā)送到運維人員值班手機上，以便運維人員及時到現(xiàn)場檢查處理。此外還有短信查詢功能，可以遠方查詢開關(guān)柜內(nèi)的溫度。

3 硬件設(shè)計

開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

紅外傳感器MLX90614是一款非接觸式的紅外線溫度感應(yīng)芯片，測溫范圍-40～125℃。MLX90614在信號調(diào)節(jié)芯片中使用了先進的低噪音放大器，一枚17-bit ADC以及功能強大的DSP元件，從而實現(xiàn)高精度溫度測量。

TC35是Siemens公司推出的新一代無線通信GSM模塊，可以快速、安全、可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸和短消息服務(wù)，穩(wěn)定性強，不易受干擾，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣。

單片機芯片STC89C52RC，超強抗干擾，寬電壓，不怕電源抖動，寬溫度范圍-40℃～85℃。能夠控制其它模塊實現(xiàn)溫度在線檢測和高溫報警功能。

聲光報警模塊，結(jié)合了聲音和燈光的優(yōu)點，首先通過聲音初步確定報警來源，再觀察燈光信號，精確定位發(fā)生高溫故障的開關(guān)柜。

裝置通過強磁鐵吸附的方式固定于金屬柜門內(nèi)側(cè)，安裝方便。

4 軟件設(shè)計

系統(tǒng)運行程序設(shè)計流程圖見圖2，系統(tǒng)初始化后，進入無限循環(huán)的溫度采集流程中。

利用Keil C51軟件編譯C語言程序，設(shè)定兩個溫度限定值T1、T2，劃分為三個溫度狀態(tài)：正常溫度時，溫度T≤T1，綠燈亮，蜂鳴器不響；異常高溫時，T1T2℃，紅燈亮，蜂鳴器響，間隔一定時間t發(fā)送報警短信息，格式如“Normal temp<45℃，Atemp=31.5℃，Btemp=31.2℃，Ctemp=31.6℃”。該系統(tǒng)還有遙測功能，遠程查詢實時溫度數(shù)據(jù)

5 系統(tǒng)應(yīng)用情況

5.1 現(xiàn)場應(yīng)用

將研制好的裝置分別放置在五個10kV高壓開關(guān)柜內(nèi)試運行，對開關(guān)柜內(nèi)三相電纜接頭溫度進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)了預(yù)期功能，運行狀況良好。由于目前現(xiàn)場所選的開關(guān)柜運行狀況良好，電纜溫度在允許范圍內(nèi)，并未收到報警短信。裝置現(xiàn)場應(yīng)用情況如圖3。

5.2 效果檢查

利用溫度校驗儀MX824-J模擬產(chǎn)生高溫來檢驗裝置測溫準(zhǔn)確性和報警情況，設(shè)定T1=45℃，T2=75℃，檢查結(jié)果如表1所示。

由檢查情況可知，誤差值范圍在+0.6℃～-0.6℃，精確度高，滿足現(xiàn)場應(yīng)用的要求。溫度報警動作正確，短信發(fā)送正常并且延時在允許范圍內(nèi)。本裝置對開關(guān)柜內(nèi)電纜頭的溫度監(jiān)測的精度以及報警準(zhǔn)確性均能滿足現(xiàn)場實際應(yīng)用。

6 結(jié)語

隨著越來越多的無人值守變電站的投入運行，對供電可靠性和電網(wǎng)異常、發(fā)生事故時的應(yīng)急響應(yīng)和處理速度的要求不斷提高，要解決人力不能超越的問題就必須深化并保證信息的采集和處理。本文中設(shè)計的基于紅外測溫技術(shù)的開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，可實時檢測到開關(guān)柜內(nèi)的高溫缺陷，提前發(fā)現(xiàn)事故隱患并進行消缺，降低了設(shè)備故障率，提高了設(shè)備運行的安全性、可靠性。該系統(tǒng)為設(shè)備的狀態(tài)檢修提供了科學(xué)依據(jù)，促進了智能化開關(guān)柜及電網(wǎng)遙感、遙測等現(xiàn)代化技術(shù)的完善與發(fā)展。

參考文獻

[1]韓玉蘭，蘆興，路燦，田競.高壓開關(guān)柜隔離觸頭溫度紅外檢測系統(tǒng)的研制[J].高壓電器，2008，44（6）：578-581.

[2]郭文元，雷穎，高良玉.高壓電氣設(shè)備中導(dǎo)電連接處溫度的狀態(tài)監(jiān)測[J].高電壓技術(shù)，1996，22（3）：33-35.

[3]楊武，王小華，榮命哲，賈申利.基于紅外測溫技術(shù)的高壓電力設(shè)備溫度在線監(jiān)測傳感器的研究[J].中國電機工程學(xué)報，2002，22（9）：113-117.