智能紅外監(jiān)測(cè)裝置在電力檢修開(kāi)關(guān)柜中的應(yīng)用

林 鵬，廖 華，陳 聰，應(yīng) 強(qiáng)，丁 杰

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司 臺(tái)州供電公司，浙江 臺(tái)州 318000）

0 引 言

在當(dāng)代工業(yè)迅速發(fā)展的過(guò)程中，社會(huì)和人民對(duì)能源的需求量急劇攀升，但地球家園中能夠帶來(lái)利用價(jià)值的普通能源卻在不斷減少，要想給能源的不斷發(fā)展提供機(jī)會(huì)，確保社會(huì)和經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)久的良性發(fā)展，開(kāi)發(fā)新能源和可再生能源成為全世界的主要話題。近年來(lái)，我國(guó)建設(shè)了非常多的風(fēng)力發(fā)電，創(chuàng)下了風(fēng)電工業(yè)史的紀(jì)錄。35 kV金屬鎧裝封閉型開(kāi)關(guān)柜擁有構(gòu)造緊密和體積小等多方面的優(yōu)勢(shì)，但同樣也存在一些劣勢(shì)，如電氣安全距離較小和散熱通風(fēng)能力差等。平時(shí)在進(jìn)行維護(hù)期間觀察到開(kāi)關(guān)柜中的絕緣件表層上留存著結(jié)晶體與水珠，在運(yùn)轉(zhuǎn)期間開(kāi)關(guān)柜中存有較重的放電問(wèn)題。若出現(xiàn)故障問(wèn)題，就會(huì)影響到開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行，對(duì)電力檢修工作的開(kāi)展帶來(lái)極為嚴(yán)重的不良后果，并且通常在一臺(tái)開(kāi)關(guān)柜產(chǎn)生問(wèn)題時(shí)就會(huì)影響到鄰近的開(kāi)關(guān)柜或者一整段母線，進(jìn)而導(dǎo)致區(qū)域性和更廣范圍的停電現(xiàn)象。

1 開(kāi)關(guān)柜故障原因分析

1.1 設(shè)備質(zhì)量存在缺陷

開(kāi)關(guān)柜在電力檢修工作中的應(yīng)用極為便利，具有操作方便、體積小以及組裝便捷等優(yōu)勢(shì)，所以獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但在具體應(yīng)用過(guò)程中，開(kāi)關(guān)柜也存有一些不良問(wèn)題，由于其敞開(kāi)式工作模式不能滿(mǎn)足當(dāng)前應(yīng)用需求，同時(shí)部分制造廠商在制作電氣元器件過(guò)程中為了節(jié)約成本存在絕緣原材料以次充好的現(xiàn)象等，從而在很大程度上導(dǎo)致開(kāi)關(guān)柜在使用過(guò)程中出現(xiàn)安全問(wèn)題。

1.2 配電裝置運(yùn)行環(huán)境潮濕相對(duì)濕度超標(biāo)

在最初選擇升壓站的裝配位置時(shí)，受到人為因素的干擾可能導(dǎo)致配電裝置運(yùn)行出現(xiàn)偏差，同時(shí)若配電裝置所存在的環(huán)境潮濕將導(dǎo)致其出現(xiàn)不良反應(yīng)。外界的濕氣極易經(jīng)過(guò)通風(fēng)口而流進(jìn)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部累積起來(lái)，加大了開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的濕度。因此，相關(guān)人員在對(duì)高壓配電室進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，為了確保開(kāi)關(guān)柜在一年四季中均能保持良好的通風(fēng)效果，需留設(shè)通風(fēng)口和窗戶(hù)，避免出現(xiàn)漏電的狀況。

1.3 運(yùn)行中的開(kāi)關(guān)柜因檢修定檢的原因長(zhǎng)時(shí)間停電

通常在送電工作開(kāi)始以前，在對(duì)設(shè)施的絕緣電阻進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，若絕緣過(guò)低將導(dǎo)致其無(wú)法達(dá)到正常送電的狀態(tài)。例如，元器件和母線等能夠釋放一定的熱量，幫助開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部保持在正壓的狀態(tài)中，此時(shí)在特交換的影響下吸納的濕氣不高。開(kāi)關(guān)柜停電以后，在柜內(nèi)環(huán)境溫度不斷下降的干擾下，使得柜內(nèi)環(huán)境處在負(fù)壓，開(kāi)關(guān)柜外部濕潤(rùn)的空氣侵蝕到柜體內(nèi)部并且貫穿至每個(gè)角落，嚴(yán)重時(shí)潮濕氣體還會(huì)匯聚成水珠，最終導(dǎo)致開(kāi)關(guān)柜出現(xiàn)放電問(wèn)題。

1.4 施工中留下的隱患

在35 kV型號(hào)開(kāi)關(guān)柜設(shè)備的母線室中，因母線電壓級(jí)別極高導(dǎo)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(hù)套來(lái)密封表層，另外還需要采用4 mm2型號(hào)具有絕緣性質(zhì)的軟質(zhì)銅線和所有絕緣套連接在一起，目的是使周?chē)妶?chǎng)一致，不容易產(chǎn)生放電。同時(shí)，由于施工過(guò)程中缺乏專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)，導(dǎo)致操作人員在操作過(guò)程中行為不規(guī)范，從而出現(xiàn)安全事故。

2 消除故障措施及建議

35 kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)存在普遍的放電現(xiàn)象，為了避免此類(lèi)問(wèn)題，建議在設(shè)計(jì)之初選擇升壓站地址時(shí)與水田、池塘、湖水以及河流等含水豐富的區(qū)域保持一定的距離，如果只能將其安放在以上這些區(qū)域中，就必須做好相應(yīng)的防潮除濕工作，如增加足夠的除濕設(shè)備等。加強(qiáng)戶(hù)內(nèi)電纜溝與戶(hù)外電纜溝間的密封，將電纜溝的防潮防水工作落實(shí)到位。預(yù)防內(nèi)部柜體下方的電纜溝進(jìn)入積水，增設(shè)電纜溝的排水設(shè)施，保證在電纜溝出現(xiàn)積水問(wèn)題時(shí)能夠立即進(jìn)行排出操作。此外，加強(qiáng)開(kāi)關(guān)柜下部與電纜溝間的有效密封，防止電纜溝的潮濕氣體進(jìn)入開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，減少柜內(nèi)空氣濕度，防止發(fā)生放電現(xiàn)象。總體方案設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 總體設(shè)計(jì)方案

智能紅外監(jiān)測(cè)電源檢測(cè)切換主要包含紅外發(fā)射、單片機(jī)、紅外接收、1602液晶顯示器、解鎖、報(bào)警以及按鍵等部分。紅外監(jiān)測(cè)器在發(fā)射紅外光信號(hào)時(shí)，主要是依托紅外發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通過(guò)紅外接收電路將紅外信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)的電信號(hào)，并通過(guò)電路實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。啟動(dòng)裝置時(shí)，輸出值大于設(shè)定值時(shí)則會(huì)通過(guò)報(bào)警提示相關(guān)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(kāi)展。

3 紅外監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)

3.1 紅外通信基本原理

紅外通信主要是對(duì)紅外科技給予合理的運(yùn)用，通過(guò)短時(shí)間內(nèi)對(duì)兩點(diǎn)信息給予有效的傳遞及輸送，主要包含接收系統(tǒng)和紅外發(fā)射系統(tǒng)[1]。

紅外線屬于電磁波，波長(zhǎng)范圍為750 nm～1 mm，其頻率處在可見(jiàn)光與微波間，無(wú)需通過(guò)特殊裝置實(shí)現(xiàn)頻發(fā)的接收。通過(guò)紅外波段將紅外通信的光波波長(zhǎng)值控制在850～900 nm，從而完成紅外產(chǎn)品通信操作[1-3]。

紅外通信工作基礎(chǔ)性原理為發(fā)射機(jī)將二進(jìn)制的信號(hào)通過(guò)單片機(jī)給予轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為相對(duì)應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)，即載波信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)運(yùn)行。在此過(guò)程中，主要通過(guò)轉(zhuǎn)化脈沖的時(shí)間和寬度以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)變，同時(shí)還可通過(guò)調(diào)整脈沖間的間隔時(shí)長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)化。

由于紅外光的反射，紅外光在全雙工模式下發(fā)出的信號(hào)也可以自行接收，交替通信的部分也可以發(fā)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(jiān)測(cè)原理

利用8051型號(hào)單片機(jī)來(lái)完成收發(fā)工作，其空間占比較小，電路構(gòu)造極為簡(jiǎn)單，能夠更好地控制輸出選擇。

輸送時(shí)的首要任務(wù)將發(fā)射機(jī)傳輸出的信號(hào)輸送至P1.1端口處，并進(jìn)行調(diào)節(jié)處理，之后通過(guò)P1.2端口輸出，利用紅外發(fā)射二極管傳輸，并與兩側(cè)傳輸?shù)拈L(zhǎng)距大概保持在10 m。接收時(shí)運(yùn)用內(nèi)置型裝置與發(fā)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(tǒng)辨別出接收到的信息和儲(chǔ)存的信息是不是相同以后，對(duì)同樣的信息進(jìn)行解鎖[7-9]。

3.3 主要模塊設(shè)計(jì)

收發(fā)程序包含發(fā)射模塊和接收模塊。發(fā)射模塊中包括MCS-51型號(hào)單片機(jī)、載波發(fā)生器、調(diào)節(jié)放大電路以及紅外發(fā)射電路，接收模塊包括報(bào)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(jiān)測(cè)密碼鎖的組成框圖

紅外監(jiān)測(cè)器主要是利用鍵盤(pán)電路、紅外發(fā)光二極管、監(jiān)測(cè)編碼電路以及放大器等給予實(shí)現(xiàn)。其中監(jiān)測(cè)編碼器電路運(yùn)轉(zhuǎn)形式為利用按鍵信息監(jiān)測(cè)，實(shí)施掃描工作并且接連不斷，而密鑰主要是通過(guò)編碼獲取到密鑰值的串碼，并運(yùn)用碼脈沖調(diào)節(jié)載波信號(hào)，將功率放大同時(shí)利用發(fā)光二極管傳輸信號(hào)。

系統(tǒng)的硬件利用STC89C52單片機(jī)，對(duì)蜂鳴器的報(bào)警信號(hào)進(jìn)行接收，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸。一旦發(fā)現(xiàn)了故障，單片機(jī)則會(huì)實(shí)時(shí)通過(guò)通信線路將報(bào)警信號(hào)傳送給智能報(bào)警器[10]。

4 結(jié) 論

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)大量相關(guān)文獻(xiàn)的收集和研究以及與本領(lǐng)域的專(zhuān)家顧問(wèn)和學(xué)者進(jìn)行討論和交流，在此研究期間，提升了自身的知識(shí)水平與做事的能力，通過(guò)有效分析能夠更好地提升電力檢修綜合水平。