基于紅外傳感器的高壓開關柜溫度實時監測網絡的研制

惠勇鋒+馬琰+孔令強

摘 要：紅外傳感器靈敏性較高，對于溫度的監測與測試有良好的效果，同時能夠有效的推動高壓開關柜溫度實時監測網絡的自動化發展，對于確保其穩定運行有著重要作用，因此本文就基于紅外傳感器的高壓開關柜溫度實時監測網絡展開探究，并總結出紅外傳感器的高壓開關柜溫度實時監測網絡的研制與簡單的操作流程。

關鍵詞：紅外；傳感器；高壓開關柜；溫度；實時監測；網絡；研制

高壓開關柜溫度監測問題由來已久，建立自動化溫度實時監控網絡勢在必行，而本文中的溫度監測系統可在多種環境下獨立運行，并對溫度的變化進行判斷，在溫度超過臨界值時，會在第一時間采取一定的保護措施，以確保高壓開關柜的穩定使用，對于提高高壓開關柜的穩定性與使用壽命有著重要意義。

1 系統結構及功能簡介

在整體構架中，6個測溫探頭分別安置在設備的底端，從分布圖中可較為詳細的看出，6個測溫探頭分別對應三個不同的開關觸頭。在得到溫度數據后，首先通過RS485總線對數據進行傳輸，由采集單元進行處理，而后通過參數設置系統將警報溫度進行設置，并將數據傳送至主控單元進行記錄分析，利用多個采集單元進行信息整合，以相關電力標準協議為基礎，進而實現RS485總線對該系統的智能化與自動化控制。

該系統的主要偵測對象以三相隔離的開關為主，以RS485總線為控制基礎，通過收集采集單元的信息，來對數據進行分析，按TIA/EIA-485串行通信標準進行執行。該系統的設立僅以試驗為主，至于收發器的數量及單總線等，均可根據實際情況進行設置與修改，從而使其符合實際的需要。

2 系統的硬件實現

2.1 紅外測溫探頭的硬件實現

在紅外探測過程中，目標物體與熱電冷堆存在著一定的溫差，該溫差是由于熱電堆中的傳感器過于敏感，使目標物體的紅外輻射透過路光片時，受到內部結構的影響，其中黑體將光線全部吸收，進一步導致熱電堆的受熱不均衡，出現溫差電勢的現象，因而產生了溫差的情況。

受安裝環境的影響，在該系統安裝前，需要對傳感器的光學參數及溫度等數據進行掌握，以便紅外濾光片的波長紅外輻射透過率符合使用標準。現場監測的目標數據溫度應保持在0-150攝氏度，其濾光片也應以現場監測目標為基礎，選擇波長在7.5-141xm的范圍內，紅外輻射透過率應超過70%以上，進而達到使用的基本標準。在安裝過程中，應注意光路的交叉影響問題，要根據實際情況選擇性安裝帶有透鏡的傳感器。

2.2 數據采集單元和數據主控單元的硬件實現

由于數據采集單元與數據主控單元所需的系統資源大體相同，因此在硬件上兼顧兩者的需求，設計成統一的電路，只是通過采用不同的接15、跳線及軟件來實現單元的轉換。

系統既要響應上層的召喚，又要接收下層的數據，因此，只用80C196KC僅有的一個串口實現與上下層間的通訊，需要擴展單片機的串口。對于數據采集單元而言，兩路通訊的實時性要求都不高，可以用一片PLD芯片GAL20V8控制兩個485芯片的選通，從而實現單個串口的分時復用：但對于數據主控單元而言，由于需要隨時響應變電站綜合自動化系統的通訊，用分時復用的方式不能保證與上層系統通訊的可靠性，因此選用串口擴展芯片ST2250外擴出一個串口與上層通訊，而單片機自帶的串口負責與下層的通訊。

3 系統的軟件實現

3.1 紅外測溫探頭的軟件實現

主程序每秒循環一次，以查詢方式取得DSl8820和A/D轉換的數據，以中斷方式響應數據采集單元的召喚，并將處理后的數據上送。

3.2 數據采集單元和數據主控單元的軟件實現

數據采集單元與數據主控單元之間存在著一定的差距，其中接收數據及處理方式差距較大，但其余方面的運行模式基本一致。在對數據處理過程中，主程序每秒循環一次，如在循環過程中，未發現溫度有任何異常，則可繼續循環，如溫度超過最初的設定值，則會啟動警報對系統予以警示，在此期間主程序會切斷網絡通訊，以確保系統的穩定。控制軟件的實現需要注意需采用MCS96匯編語言編寫，進一步保障數據信息的準確。

報警有兩種模式：①觸點溫度超過環境溫度XX℃：②觸點溫升在XXmin內超過XX℃。每種模式可以根據現場的要求通過按鍵操作設置為兩種報警級別，級別不同設置的超限值也不同，以便工作人員根據不同程度的報警形式按照規程進行相應的故障處理。

4 現場校正及比對試驗

現場的校正與比對試驗應在設備的相應生產廠家進行，以便出現問題時，能夠進行進一步的調試。通常情況下，試驗會采用模擬現場的方式，以達到試驗目的，根據試驗條件的不同，部分的試驗結果與安裝位置均有一定的差距，同時在柜內，隔板連接柱及避雷針等設備對探頭形成一定的遮擋，使部分紅外輻射容易向周圍區域擴散，影響了探頭的基本接收性能，所以需要對使用RAYTEK紅外測溫槍對開關柜斷開的觸頭溫度進行測試，而后將探頭的K值大小進行調整，使開關柜溫度與測試槍的測試溫度保持一致，同時保證環境相符，以保障試驗的準確度。

在開關柜斷開的情況下，用熱風臺給某個動觸頭加熱，同時用RAYTEK紅外測溫槍監測動觸頭溫度，加熱至65℃（過熱易損壞觸頭）后，自然冷卻至室溫，在降溫過程中記錄相應探頭的讀數，同時記下此時測溫槍的讀數。標準溫度由RAYTEK紅外測溫槍獲得，實測溫度為監測網絡的讀數。但上述的試驗忽略了瓷套的影響，為此，在現場針對無套觸頭和加套觸頭進行了對比試驗。試驗證明，加上瓷套后探頭接收到的紅外輻射增加了約10%。因此，將探頭的K'值調節到校正值的91%后，所顯示的測量讀數則可表征觸頭在合閘時的溫度。該網絡安裝運行后，在現場監測某35kV高壓開關柜時。發現某一觸頭的溫度偏高，顯示讀數為76℃，使用等溫蠟片測量該觸頭，70℃時蠟片熔化，而80℃時蠟片完好。

結束語

溫度的實時監測可在液晶顯示器上得以顯示，以便技術人員進行操控。但在智能化與自動化發展的背景下，人工操作已無意義，需要將高壓開關柜的溫度實施監控不斷向自動化發展研制，紅外傳感器是自動化的關鍵，將其有效的融入溫度監測系統，有利于系統的自動化發展，并可在一定程度上，提高設備的使用性能及工作效率，使其在安全穩定的環境下工作與運行。

參考文獻

[1]田毅，黃新波.高壓開關柜溫升在線監測系統[J].高壓電器，2010（03）.