高壓開關(guān)設(shè)備觸頭溫度無線監(jiān)測裝置設(shè)計

摘 要：為解決高壓開關(guān)設(shè)備觸頭等溫度不易檢測，導(dǎo)致溫升異常而造成嚴重電力事故的難題，開發(fā)了一種利用微功率無線通信技術(shù)，對高壓開關(guān)設(shè)備觸頭等溫度進行在線監(jiān)測，并及時進行超溫報警與處置的裝置。該裝置具有自供電、低功耗、高低壓有效隔離等特點，監(jiān)測數(shù)據(jù)可就地顯示，也可遠傳至監(jiān)控后臺，實現(xiàn)遠程監(jiān)測和預(yù)警等功能。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)設(shè)備 溫度在線監(jiān)測 無線通信

中圖分類號：TM591 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（a）-0053-02

在電力系統(tǒng)中，因開關(guān)設(shè)備主回路接觸不良等原因，造成觸頭等連接點溫度異常升高，造成嚴重的電力事故和巨大的經(jīng)濟損失。據(jù)有關(guān)部門對電力事故統(tǒng)計，我國每年發(fā)生的40%左右電力事故都是由于主電路過熱所致。

12～40.5kV高壓開關(guān)設(shè)備空間封閉狹小，觸頭等連接點溫度不易檢測，目前比較常用的變色片、點溫儀、紅外熱成像儀等方法需要值班人員定期巡檢，無法對溫度異常情況進行實時檢測與處置。為此，本文介紹一種實時監(jiān)測開關(guān)設(shè)備觸頭等連接點溫度、并能對異常情況及時報警與處置的監(jiān)測裝置，以提高電網(wǎng)運行的安全性。

1 技術(shù)原理與結(jié)構(gòu)

該裝置采用無線通信技術(shù)實現(xiàn)高低壓隔離和信號傳輸，實時監(jiān)測高壓開關(guān)設(shè)備觸頭等溫度的變化情況，從根本上解決發(fā)熱點溫度不易實時監(jiān)測的難題。裝置主要由溫度在線監(jiān)測終端和現(xiàn)場匯總通信終端兩部分組成。各溫度在線監(jiān)測終端分別安裝在高壓開關(guān)設(shè)備觸頭等連接點附近，監(jiān)測終端的溫度傳感器將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳送給無線信號發(fā)射模塊，由無線發(fā)射模塊調(diào)制后發(fā)送給安裝在開關(guān)設(shè)備控制面板上的現(xiàn)場匯總通信終端?，F(xiàn)場匯總通信終端將各監(jiān)測終端發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)進行處理，并就地顯示，也可通過RS485串行接口將數(shù)據(jù)傳送到變電站的監(jiān)控后臺，實現(xiàn)對開關(guān)設(shè)備觸頭等連接點溫度的在線監(jiān)測與預(yù)警。

2 硬件設(shè)計

2.1 溫度在線監(jiān)測終端

溫度在線監(jiān)測終端由溫度傳感器、信號轉(zhuǎn)換及發(fā)射模塊、CT線圈三部分組成，裝設(shè)于開關(guān)設(shè)備觸頭等連接點附近。溫度傳感器貼附于靠近發(fā)熱點的高壓帶電體上，將測得的溫度信息通過高溫導(dǎo)線傳送給信號轉(zhuǎn)換及發(fā)射模塊，該模塊將溫度信號處理轉(zhuǎn)換后，以無線的方式發(fā)送給現(xiàn)場匯總通信終端。CT線圈通過電磁感應(yīng)從一次回路取電，為信號轉(zhuǎn)換及發(fā)射模塊提供工作電源。

溫度在線監(jiān)測終端的設(shè)計實現(xiàn)。

（1）溫度傳感器：根據(jù)溫度測量范圍和使用環(huán)境，選用高精度數(shù)字式溫度計DS18B20，其測量范圍為-15～125℃，精度±0.5℃。具有簡單、可靠、體積小等優(yōu)點，能滿足開關(guān)設(shè)備高溫季節(jié)滿負荷條件下的穩(wěn)定運行。

（2）信號轉(zhuǎn)換及發(fā)射模塊：主要由單片機MC9S08QG8、專用無線收發(fā)芯片MC13202、天線及外圍電路組成。MC9S08QG8將溫度數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換后，通過SPI接口傳輸給MC13202，MC13202將待發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)連同監(jiān)測終端的地址碼等封裝成數(shù)據(jù)包，經(jīng)過調(diào)制后，由天線發(fā)射出去，有效地實現(xiàn)高低壓隔離。

（3）CT線圈：該裝置由CT線圈感應(yīng)供電，當通過的一次電流達到5A以上時，CT線圈中感應(yīng)的電流能為該模塊提供足以正常工作的能量。在設(shè)計上，CT線圈采取了一系列保護措施，滿足一次電流從5～4000A范圍內(nèi)可靠工作，且能承受一次回路高達100kA的短路沖擊電流。

2.2 現(xiàn)場匯總通信終端

現(xiàn)場匯總通信終端由無線接收模塊、信息處理模塊、溫度顯示模塊、輸出接口模塊組成，裝設(shè)于開關(guān)設(shè)備控制面板上。無線接收模塊接收開關(guān)設(shè)備各溫度監(jiān)測終端發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)信息處理模塊解調(diào)、處理后，由溫度顯示模塊就地匯總顯示，并可通過RS485接口將數(shù)據(jù)遠傳至監(jiān)控后臺。當溫度升致設(shè)定上限時，現(xiàn)場匯總通信終端驅(qū)動蜂鳴器報警，并可啟動開關(guān)設(shè)備強迫風(fēng)冷裝置降溫。

現(xiàn)場匯總通信終端的設(shè)計實現(xiàn)。

（1）無線接收模塊：該部分硬件結(jié)構(gòu)與溫度監(jiān)測終端的信號轉(zhuǎn)換及發(fā)射模塊相同，功能上則接收相應(yīng)溫度監(jiān)測終端發(fā)出的數(shù)據(jù)包，獲取溫度數(shù)據(jù)和地址碼。

（2）信息處理模塊：該模塊主要由高速ARM微處理器芯片LPC2114及其外圍電路組成。該模塊除了快速處理并匯總測溫數(shù)據(jù)外，還可以接收用戶的按鍵信息，設(shè)置自身及與其通訊的溫度監(jiān)測終端的地址、報警溫度限值等，此外還可以驅(qū)動控制輸出接口模塊。

（3）溫度顯示模塊：主要由LCD液晶顯示器及其外圍電路組成。在LPC2114的驅(qū)動下，實時滾動顯示開關(guān)設(shè)備各測溫點的溫度數(shù)據(jù)。

（4）輸出接口模塊：包括RS485接口和報警輸出接口等。當監(jiān)測數(shù)據(jù)需要遠傳時，經(jīng)LPC2114處理匯總后的數(shù)據(jù)，通過RS485接口以串行通訊的方式傳送到監(jiān)控后臺，實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的遠程在線監(jiān)測、分析、存儲及預(yù)警等。

3 軟件設(shè)計

由于該裝置由兩個終端構(gòu)成，所以軟件程序的設(shè)計也分為一個匯總顯示主程序和兩個子程序：無線接收模塊子程序和采集發(fā)射模塊子程序。

3.1 匯總顯示主程序

匯總顯示主程序流程如圖1所示，主要實現(xiàn)通訊地址及報警溫度的按鍵設(shè)置，監(jiān)測數(shù)據(jù)的匯總、處理、顯示，報警輸出及數(shù)據(jù)遠傳等功能。其中，主程序初始化包括：LPC2114系統(tǒng)、時鐘、IO口、串口、液晶屏等的初始化；LPC2114與無線接收模塊通訊，向其傳遞采集發(fā)射模塊的地址，并令其上傳接收到的溫度數(shù)據(jù)；當收到溫度數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)處理并判斷是否有超溫，及時進行超溫報警，在液晶屏上顯示實時數(shù)據(jù)，并根據(jù)用戶需要進行數(shù)據(jù)遠傳。

3.2 無線接收模塊子程序

無線接收模塊子程序流程如圖2所示，主要接收采集發(fā)射模塊發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)，并將溫度數(shù)據(jù)上傳給匯總顯示主程序。其中，子程序初始化包括：MC9S08QG8、MC13202、串口等的初始化；程序接收匯總顯示主程序傳遞的采集發(fā)射模塊地址，然后向這些模塊發(fā)送數(shù)據(jù)請求，并依次接收應(yīng)答的溫度數(shù)據(jù)，最終上傳給匯總顯示主程序。

3.3 采集發(fā)射模塊子程序

采集發(fā)射模塊子程序流程如圖3所示，主要完成溫度采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和無線發(fā)射等功能。程序的許多環(huán)節(jié)與無線接收模塊子程序相似：程序初始化后，定時采集溫度數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為采集發(fā)射模塊地址加溫度數(shù)值的形式，然后等待現(xiàn)場匯總通信終端的無線接收模塊發(fā)射的數(shù)據(jù)請求，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)射出去。

4 結(jié)語

高壓開關(guān)設(shè)備觸頭無線溫度監(jiān)測裝置已裝設(shè)在35kV婁塔變電所1#、2#主變12kV出線開關(guān)柜上試運行，裝置循環(huán)監(jiān)測主開關(guān)A、B、C三相上、下觸頭溫度。運行結(jié)果表明：該裝置安裝、維護方便，不降低開關(guān)設(shè)備原有的絕緣性能；采用CT自感應(yīng)供電，完全避免了電池工作壽命短、遇高溫易爆炸等危險；裝置的無線發(fā)射功率小于10MW，能夠突破開關(guān)柜單層金屬板的屏蔽，且不會對其它設(shè)備產(chǎn)生干擾；現(xiàn)場匯總通信終端能實時監(jiān)測觸頭溫度，對溫度異常情況及時報警，并可進行數(shù)據(jù)遠傳。有效地實現(xiàn)了高壓開關(guān)設(shè)備觸頭等連接點溫度的在線監(jiān)測與預(yù)警，為開關(guān)設(shè)備的安全可靠運行提供了有力保障。

參考文獻

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