智能紅外監測裝置在電力檢修開關柜中的應用

林 鵬，廖 華，陳 聰，應 強，丁 杰

（國網浙江省電力有限公司 臺州供電公司，浙江 臺州 318000）

0 引 言

在當代工業迅速發展的過程中，社會和人民對能源的需求量急劇攀升，但地球家園中能夠帶來利用價值的普通能源卻在不斷減少，要想給能源的不斷發展提供機會，確保社會和經濟長久的良性發展，開發新能源和可再生能源成為全世界的主要話題。近年來，我國建設了非常多的風力發電，創下了風電工業史的紀錄。35 kV金屬鎧裝封閉型開關柜擁有構造緊密和體積小等多方面的優勢，但同樣也存在一些劣勢，如電氣安全距離較小和散熱通風能力差等。平時在進行維護期間觀察到開關柜中的絕緣件表層上留存著結晶體與水珠，在運轉期間開關柜中存有較重的放電問題。若出現故障問題，就會影響到開關柜的運行，對電力檢修工作的開展帶來極為嚴重的不良后果，并且通常在一臺開關柜產生問題時就會影響到鄰近的開關柜或者一整段母線，進而導致區域性和更廣范圍的停電現象。

1 開關柜故障原因分析

1.1 設備質量存在缺陷

開關柜在電力檢修工作中的應用極為便利，具有操作方便、體積小以及組裝便捷等優勢，所以獲得了越來越廣泛的應用。但在具體應用過程中，開關柜也存有一些不良問題，由于其敞開式工作模式不能滿足當前應用需求，同時部分制造廠商在制作電氣元器件過程中為了節約成本存在絕緣原材料以次充好的現象等，從而在很大程度上導致開關柜在使用過程中出現安全問題。

1.2 配電裝置運行環境潮濕相對濕度超標

在最初選擇升壓站的裝配位置時，受到人為因素的干擾可能導致配電裝置運行出現偏差，同時若配電裝置所存在的環境潮濕將導致其出現不良反應。外界的濕氣極易經過通風口而流進開關柜內部累積起來，加大了開關柜內部的濕度。因此，相關人員在對高壓配電室進行規劃時，為了確保開關柜在一年四季中均能保持良好的通風效果，需留設通風口和窗戶，避免出現漏電的狀況。

1.3 運行中的開關柜因檢修定檢的原因長時間停電

通常在送電工作開始以前，在對設施的絕緣電阻進行檢驗時，若絕緣過低將導致其無法達到正常送電的狀態。例如，元器件和母線等能夠釋放一定的熱量，幫助開關柜內部保持在正壓的狀態中，此時在特交換的影響下吸納的濕氣不高。開關柜停電以后，在柜內環境溫度不斷下降的干擾下，使得柜內環境處在負壓，開關柜外部濕潤的空氣侵蝕到柜體內部并且貫穿至每個角落，嚴重時潮濕氣體還會匯聚成水珠，最終導致開關柜出現放電問題。

1.4 施工中留下的隱患

在35 kV型號開關柜設備的母線室中，因母線電壓級別極高導致施工安全隱患的存在，這就要求必須采用具有絕緣性的護套來密封表層，另外還需要采用4 mm2型號具有絕緣性質的軟質銅線和所有絕緣套連接在一起，目的是使周圍電場一致，不容易產生放電。同時，由于施工過程中缺乏專業的培養，導致操作人員在操作過程中行為不規范，從而出現安全事故。

2 消除故障措施及建議

35 kV開關柜內存在普遍的放電現象，為了避免此類問題，建議在設計之初選擇升壓站地址時與水田、池塘、湖水以及河流等含水豐富的區域保持一定的距離，如果只能將其安放在以上這些區域中，就必須做好相應的防潮除濕工作，如增加足夠的除濕設備等。加強戶內電纜溝與戶外電纜溝間的密封，將電纜溝的防潮防水工作落實到位。預防內部柜體下方的電纜溝進入積水，增設電纜溝的排水設施，保證在電纜溝出現積水問題時能夠立即進行排出操作。此外，加強開關柜下部與電纜溝間的有效密封，防止電纜溝的潮濕氣體進入開關柜內，減少柜內空氣濕度，防止發生放電現象。總體方案設計如圖1所示。

圖1 總體設計方案

智能紅外監測電源檢測切換主要包含紅外發射、單片機、紅外接收、1602液晶顯示器、解鎖、報警以及按鍵等部分。紅外監測器在發射紅外光信號時，主要是依托紅外發光二極管實現，同時通過紅外接收電路將紅外信號轉變為對應的電信號，并通過電路實現各項功能。啟動裝置時，輸出值大于設定值時則會通過報警提示相關工作人員從而給予有效的檢查，保證電力檢修工作的正常開展。

3 紅外監測電路設計

3.1 紅外通信基本原理

紅外通信主要是對紅外科技給予合理的運用，通過短時間內對兩點信息給予有效的傳遞及輸送，主要包含接收系統和紅外發射系統[1]。

紅外線屬于電磁波，波長范圍為750 nm～1 mm，其頻率處在可見光與微波間，無需通過特殊裝置實現頻發的接收。通過紅外波段將紅外通信的光波波長值控制在850～900 nm，從而完成紅外產品通信操作[1-3]。

紅外通信工作基礎性原理為發射機將二進制的信號通過單片機給予轉化，轉化為相對應頻率的脈沖信號，即載波信號，從而實現發射機運行。在此過程中，主要通過轉化脈沖的時間和寬度以實現信號的轉變，同時還可通過調整脈沖間的間隔時長實現信號的轉化。

由于紅外光的反射，紅外光在全雙工模式下發出的信號也可以自行接收，交替通信的部分也可以發射和接收紅外光，因此紅外通信必須采用異步半雙工模式[4-6]。

3.2 紅外線監測原理

利用8051型號單片機來完成收發工作，其空間占比較小，電路構造極為簡單，能夠更好地控制輸出選擇。

輸送時的首要任務將發射機傳輸出的信號輸送至P1.1端口處，并進行調節處理，之后通過P1.2端口輸出，利用紅外發射二極管傳輸，并與兩側傳輸的長距大概保持在10 m。接收時運用內置型裝置與發射頭匹配的紅外接收頭，將收集到的信息傳輸至P3.0串口，等到系統辨別出接收到的信息和儲存的信息是不是相同以后，對同樣的信息進行解鎖[7-9]。

3.3 主要模塊設計

收發程序包含發射模塊和接收模塊。發射模塊中包括MCS-51型號單片機、載波發生器、調節放大電路以及紅外發射電路，接收模塊包括報警器、紅外接收電路以及繼電器等，詳情如圖2所示。

圖2 紅外監測密碼鎖的組成框圖

紅外監測器主要是利用鍵盤電路、紅外發光二極管、監測編碼電路以及放大器等給予實現。其中監測編碼器電路運轉形式為利用按鍵信息監測，實施掃描工作并且接連不斷，而密鑰主要是通過編碼獲取到密鑰值的串碼，并運用碼脈沖調節載波信號，將功率放大同時利用發光二極管傳輸信號。

系統的硬件利用STC89C52單片機，對蜂鳴器的報警信號進行接收，同時實現對數據的傳輸。一旦發現了故障，單片機則會實時通過通信線路將報警信號傳送給智能報警器[10]。

4 結 論

在產品設計過程中，通過對大量相關文獻的收集和研究以及與本領域的專家顧問和學者進行討論和交流，在此研究期間，提升了自身的知識水平與做事的能力，通過有效分析能夠更好地提升電力檢修綜合水平。