淺談基于紅外測(cè)溫技術(shù)的開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局 張 旭

社會(huì)經(jīng)濟(jì)和電力行業(yè)的飛速發(fā)展，使得全封閉式高壓開(kāi)關(guān)柜被廣泛運(yùn)用至各個(gè)電壓等級(jí)變電站供電系統(tǒng)中，在配電網(wǎng)中彰顯出極為重要的作用和價(jià)值?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)變電站實(shí)際運(yùn)用到的測(cè)溫手段是示溫變色蠟片法和紅外測(cè)溫法等，示溫變色蠟片法的實(shí)際溫差較為明顯，實(shí)用性并不理想；紅外測(cè)溫法難以實(shí)現(xiàn)合理測(cè)量目的，無(wú)法透過(guò)設(shè)備外殼分析出設(shè)備的高溫情況，因此體現(xiàn)出限制性。需要根據(jù)實(shí)際的工作需要，設(shè)計(jì)出較為合理、實(shí)用性強(qiáng)、精度理想的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，方便對(duì)開(kāi)關(guān)柜中的溫度實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量，保證用電的安全與可靠。

開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)重點(diǎn)使用了非接觸式紅外測(cè)溫和GSM 遙信傳輸?shù)燃夹g(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)柜中易產(chǎn)生的高溫缺陷部位實(shí)時(shí)測(cè)溫，保證及時(shí)的掌握相關(guān)的情況。此類系統(tǒng)在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)可及時(shí)將報(bào)警信號(hào)發(fā)布到位，同時(shí)還可讓溫度數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，方便運(yùn)維人員及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，合理地消除高溫缺陷。通過(guò)將該類系統(tǒng)科學(xué)的使用，設(shè)計(jì)過(guò)程中的相關(guān)要領(lǐng)值得進(jìn)一步探索和分析。

1 紅外測(cè)溫開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的概念及特點(diǎn)

1.1 概念

紅外溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)重點(diǎn)是通過(guò)一定數(shù)量的可獨(dú)立工作網(wǎng)絡(luò)紅外熱像儀監(jiān)控系統(tǒng)作為重要的前提條件，運(yùn)用星型拓?fù)渎?lián)接的電網(wǎng)輔助監(jiān)控系統(tǒng)，使得開(kāi)關(guān)柜中某些部位得以合理的監(jiān)控到位。紅外溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般會(huì)運(yùn)用到非接觸式監(jiān)測(cè)方式，實(shí)現(xiàn)與高壓系統(tǒng)的科學(xué)分離，彰顯出理想化的作業(yè)速度，測(cè)量的范圍十分廣泛，不會(huì)對(duì)被測(cè)設(shè)備產(chǎn)生一定的干擾作用，可明顯提升相關(guān)監(jiān)測(cè)工作效能。紅外溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般會(huì)運(yùn)用至大型變電站設(shè)備中，對(duì)維護(hù)和管理工作起到了深刻的影響。

1.2 特點(diǎn)

容錯(cuò)性。基于紅外測(cè)溫技術(shù)的開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)體現(xiàn)出理想的容錯(cuò)性特征，適當(dāng)?shù)乇苊饬苏`操作產(chǎn)生的影響，能夠合理規(guī)避系統(tǒng)崩潰的問(wèn)題[1]。

功能性。監(jiān)控中心系統(tǒng)可對(duì)各個(gè)變電站的圖像信息合理的監(jiān)測(cè)，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目的，保證了圖像信息的及時(shí)獲取和分析。任意開(kāi)關(guān)柜的紅外歷史圖像也可回放，為相關(guān)工作的開(kāi)展提供了便利條件。對(duì)溫度信息能夠?qū)崟r(shí)的分析，體現(xiàn)出存儲(chǔ)熱成像和生成報(bào)告等多種多樣的功能。系統(tǒng)本身的具備的自動(dòng)巡檢功能較為強(qiáng)大，能在設(shè)定的特定間隔時(shí)間中對(duì)全站的監(jiān)控點(diǎn)完成圖像巡檢，由此保證了相關(guān)工作開(kāi)展的時(shí)效性，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢對(duì)象的任意設(shè)定，體現(xiàn)出極為優(yōu)良的應(yīng)用成效。

音畫(huà)聯(lián)動(dòng)。系統(tǒng)能依照?qǐng)?bào)警信號(hào)的基本位置合理切換監(jiān)控的具體畫(huà)面，保證做到音畫(huà)”聯(lián)動(dòng)。在接收相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)后還可將紅外裝置進(jìn)行錄像的位置加以指定，保證更好地為后期調(diào)查創(chuàng)造出理想條件。報(bào)警信號(hào)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化保存，之后生成相應(yīng)的處理報(bào)告，以此為基本任務(wù)的落實(shí)穩(wěn)固基礎(chǔ)。

2 紅外測(cè)溫開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值及介紹

開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控并分析開(kāi)關(guān)柜溫度情況，能直接影響到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，同時(shí)還能讓開(kāi)關(guān)柜獲取較為可靠的支持。變電站的開(kāi)關(guān)柜數(shù)量較多，多數(shù)變電站的開(kāi)關(guān)柜并未設(shè)置紅外在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，多是采取人工手持測(cè)溫儀器進(jìn)行測(cè)溫分析，巡檢的方式為不定期溫度檢測(cè)，測(cè)溫僅是對(duì)開(kāi)關(guān)柜觀察窗內(nèi)的情況進(jìn)行分析，關(guān)于柜內(nèi)設(shè)備的具體狀態(tài)無(wú)法掌握，精準(zhǔn)度并不理想[2]。此類人工測(cè)溫的手段并不能保證精準(zhǔn)性，同時(shí)還存在較多不確定性，難以及時(shí)、實(shí)時(shí)的反饋開(kāi)關(guān)柜中相關(guān)設(shè)備的溫度情況，也無(wú)法讓工作人員判斷出柜內(nèi)的異常和故障問(wèn)題，在處理應(yīng)急事件和突發(fā)情況時(shí)常體現(xiàn)出滯后性，埋下更多的安全隱患。

高壓開(kāi)關(guān)柜屬于變電站系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的組成部分，對(duì)于安全性提出了極為嚴(yán)格的要求。據(jù)某供電局歷年的實(shí)際運(yùn)行情況分析，開(kāi)關(guān)柜中設(shè)備的發(fā)熱缺陷時(shí)常表現(xiàn)出來(lái)，直接威脅到電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行過(guò)程。現(xiàn)階段很多的變電站開(kāi)關(guān)柜未能設(shè)置紅外測(cè)溫窗口，即便部分開(kāi)關(guān)柜中設(shè)置了對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)窗口，但測(cè)溫成效并不顯著，柜內(nèi)設(shè)備的測(cè)溫工作無(wú)法合理推進(jìn)。需在開(kāi)關(guān)柜中合理安裝在線測(cè)溫監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)實(shí)時(shí)關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的設(shè)備情況，借助于非接觸式測(cè)溫過(guò)程明確溫度變化的趨勢(shì)。如發(fā)現(xiàn)溫度的異常狀態(tài)，系統(tǒng)能及時(shí)將報(bào)警信號(hào)傳輸給值班人員，由此為其處理相關(guān)的事件爭(zhēng)取時(shí)間，避免安全事故?？梢?jiàn)合理的配置或是開(kāi)發(fā)具有實(shí)用價(jià)值的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能滿足當(dāng)前變電站穩(wěn)定運(yùn)行的需要，同時(shí)還能確保安全生產(chǎn)的目的順利達(dá)成。

紅外測(cè)溫技術(shù)下開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本組成部分有溫度采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊、聲光報(bào)警模塊等。在變電站中，該系統(tǒng)重點(diǎn)是運(yùn)用了紅外測(cè)溫技術(shù)，能與測(cè)量點(diǎn)保持著一定的距離，實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)溫目的，妥善處理了高壓隔離和傳感器溫度較高的問(wèn)題，響應(yīng)速度較高且精度十分理想[3]。裝置一般會(huì)安裝于金屬柜門(mén)內(nèi)側(cè)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并顯示出開(kāi)關(guān)柜中關(guān)鍵部位溫度，對(duì)于開(kāi)關(guān)柜的具體運(yùn)行狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生任何的影響。

數(shù)據(jù)顯示模塊通常會(huì)布置于透視觀察窗口處，由此為運(yùn)維人員的檢查記錄工作提供便利。在裝置中設(shè)計(jì)有聲光報(bào)警模塊，目的是在溫度達(dá)到或即將超出設(shè)定值后發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，由此方便巡視人員及時(shí)掌握基本情況，明確高溫缺陷所在，采取合理化的應(yīng)對(duì)方案妥善解決相關(guān)的異常問(wèn)題，如溫度已達(dá)到或明顯低于報(bào)警溫度值時(shí)裝置會(huì)及時(shí)將報(bào)警信號(hào)自動(dòng)取消。該裝置中設(shè)計(jì)了GSM 遙信報(bào)警模塊，如出現(xiàn)高溫情況能及時(shí)將溫度數(shù)據(jù)通過(guò)短信的形式加以發(fā)送，使運(yùn)維人員直接掌握第一手資料，在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)檢查并處理相關(guān)問(wèn)題。短信查詢功能的存在便利了工作人員的處理過(guò)程，能遠(yuǎn)距離查詢開(kāi)關(guān)柜中的溫度，對(duì)于一切情況及時(shí)的掌控。

3 基于紅外測(cè)溫技術(shù)的開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題

開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能將巡視收集到的紅外熱像處理分析為溫度信息，使其自動(dòng)生成特定測(cè)溫目標(biāo)溫度圖和報(bào)告。系統(tǒng)自動(dòng)巡檢階段若是發(fā)現(xiàn)具體部件測(cè)得的溫度超出了預(yù)設(shè)數(shù)值，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)向系統(tǒng)中心發(fā)送相應(yīng)報(bào)警信號(hào)。開(kāi)關(guān)柜的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涵蓋紅外測(cè)溫探頭和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，開(kāi)關(guān)柜應(yīng)適當(dāng)配置完整的溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備，方便對(duì)開(kāi)關(guān)柜的基本運(yùn)行情況詳細(xì)的掌握[4]。

3.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

測(cè)溫探頭。為收獲更加科學(xué)的數(shù)據(jù)信息需合理運(yùn)用探頭裝置，這對(duì)于信息的獲取具有較大幫助。應(yīng)及時(shí)安裝紅外在線測(cè)溫探頭，使其負(fù)責(zé)好開(kāi)關(guān)柜溫度的監(jiān)測(cè)工作，探頭應(yīng)和電腦相互連接，借助于RS485網(wǎng)絡(luò)線將熱成像數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的內(nèi)部。整個(gè)過(guò)程需重點(diǎn)注意紅外測(cè)溫設(shè)備的情況，必須使其覆蓋開(kāi)關(guān)柜的重要監(jiān)測(cè)位置。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集屬于一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)，主要由監(jiān)視中心控制電腦完成基本操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的合理傳輸。數(shù)據(jù)采集最為重要的一點(diǎn)便是將紅外裝置傳輸?shù)膱D像加以傳遞，同時(shí)還需對(duì)其展開(kāi)科學(xué)的處理，保證其顯示的成果符合基本的需求，能反映出基本的溫度數(shù)值。設(shè)置報(bào)警裝置后，監(jiān)測(cè)溫度達(dá)到上限后會(huì)及時(shí)傳送警報(bào)，將獲取到的數(shù)據(jù)資料和報(bào)警信號(hào)遠(yuǎn)程傳遞給數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的作用顯著，其主要是完成信息的管理和處理，能直接影響到變電站運(yùn)行狀態(tài)，為后續(xù)工作的開(kāi)展提供可靠的參考意見(jiàn)。在這個(gè)系統(tǒng)中，最為重要的工作內(nèi)容便是借助于中心電腦讓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳遞的數(shù)據(jù)內(nèi)容得以有效的整理并合理的分析，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)總線的通訊口使得處理的結(jié)果及時(shí)地取得，之后將其傳送至整個(gè)變電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部。

3.2 硬件設(shè)計(jì)

開(kāi)關(guān)柜的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但結(jié)合其基本的作業(yè)流程加以分析，能詳細(xì)解讀出不同設(shè)計(jì)方案的意義[5]。紅外傳感器MLX90614屬于非接觸式紅外線溫度感應(yīng)芯片，其本身的測(cè)溫范圍達(dá)到-40～125℃。MLX90614在信號(hào)調(diào)節(jié)芯片中合理運(yùn)用了較為先進(jìn)的低噪音放大器，能彰顯出自身的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，除低噪音外還能將相關(guān)信息放大處理，便于運(yùn)維人員掌握實(shí)際的情況。17-bitADC 和功能強(qiáng)大的DSP 元件在其中發(fā)揮出積極的利用價(jià)值，讓高精度溫度測(cè)量的目的順利的達(dá)成。TC35是Siemens 公司推出的無(wú)線通信GSM 模塊，能快速、安全實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)，同時(shí)還能將短消息服務(wù)落實(shí)到位，體現(xiàn)出較強(qiáng)的穩(wěn)定性，不會(huì)受到其他因素的干擾，擁有著較為廣闊的覆蓋面。

單片機(jī)芯片STC89C52RC 抗干擾能力超強(qiáng)，寬電壓且不易受到電源抖動(dòng)的影響，寬溫度范圍在-40℃到85℃。其在具體應(yīng)用時(shí)可對(duì)其他模塊進(jìn)行科學(xué)的控制，完成溫度在線監(jiān)測(cè)的指標(biāo)，同時(shí)也具備高溫報(bào)警功能。聲光報(bào)警模塊讓聲音和燈光完美結(jié)合起來(lái)，通過(guò)彰顯出各自的優(yōu)勢(shì)，在聲音的反饋中初步確定報(bào)警的來(lái)源，之后對(duì)燈光信號(hào)合理的觀察實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，尋找到高溫故障的開(kāi)關(guān)柜。裝置借助于強(qiáng)磁鐵吸附的功能，實(shí)現(xiàn)在金屬柜門(mén)內(nèi)側(cè)的合理固定，整個(gè)安裝的過(guò)程十分的簡(jiǎn)易。

3.3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)運(yùn)行程序設(shè)計(jì)流程較為復(fù)雜，當(dāng)完成系統(tǒng)初始化后便會(huì)逐步進(jìn)入到無(wú)限循環(huán)的溫度采集流程中，這個(gè)遞進(jìn)的過(guò)程就是系統(tǒng)具體作業(yè)的過(guò)程。運(yùn)用Keil C51軟件編譯C 語(yǔ)言程序，設(shè)定出具體的溫度限定值，分別是T1和T2。根據(jù)實(shí)際需求劃分出三個(gè)不同的溫度狀態(tài)，正常溫度為T(mén) ≤T1時(shí)綠燈亮起，蜂鳴器不會(huì)發(fā)出任何聲響；異常高溫是T1T2，此時(shí)紅燈亮起，蜂鳴器發(fā)出聲響。間隔一段時(shí)間后報(bào)警短信息發(fā)送給運(yùn)維人員，格式是“Normal temp＜45 ℃，Atemp=31.5 ℃，Btemp=31.2 ℃，Ctemp=31.6℃”。此系統(tǒng)的遙測(cè)功能顯著，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查詢的目標(biāo)，對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。

4 基于紅外測(cè)溫技術(shù)的開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

紅外測(cè)溫技術(shù)的開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)的過(guò)程展開(kāi)詳細(xì)分析，同時(shí)明確變電站的基本運(yùn)行狀態(tài)，確保相應(yīng)的系統(tǒng)能夠發(fā)揮出理想的應(yīng)用價(jià)值，凸顯出自身的優(yōu)勢(shì)之處。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用：將開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別放置于高壓開(kāi)關(guān)柜中試運(yùn)行，對(duì)開(kāi)關(guān)柜中三相電纜接頭溫度展開(kāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可明確具體的功能達(dá)標(biāo)情況，了解到基本的運(yùn)行狀態(tài)。以某變電站的具體實(shí)踐情況分析，紅外測(cè)溫技術(shù)的開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用效果顯著，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能，運(yùn)行的狀態(tài)理想。因當(dāng)前實(shí)際選用的開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)良，電纜溫度始終處于合理化范圍內(nèi)未收到報(bào)警信號(hào)，裝置的實(shí)際運(yùn)用效果符合預(yù)期。在變電站中因多種設(shè)備的存在，使得維護(hù)和管理的難度明顯提升，若遇到異常情況時(shí)未能合理的解決將會(huì)給整個(gè)變電站造成影響，甚至?xí){到人身安全，需重視先進(jìn)系統(tǒng)的科學(xué)運(yùn)用，使用合理手段保證設(shè)備穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。

效果檢驗(yàn)：為更好驗(yàn)證系統(tǒng)成果，應(yīng)結(jié)合上述提及到的設(shè)計(jì)方案結(jié)合變電站情況合理的分析，促使系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用時(shí)真正發(fā)揮出監(jiān)測(cè)效力，保證滿足紅外測(cè)溫技術(shù)下開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)用溫度校驗(yàn)儀MX824-J 模擬產(chǎn)生高溫分析裝置測(cè)溫的準(zhǔn)確度和實(shí)際報(bào)警情況，設(shè)定的溫度限定值分別是T1=45℃、T2=75℃。根據(jù)基本的檢查情況概述，誤差范圍控制在0.6～-0.6℃，實(shí)際的精準(zhǔn)度可靠符合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的基本要求。溫度報(bào)警動(dòng)作正確，短信發(fā)送情況合理，在延時(shí)范圍內(nèi)動(dòng)作到位。溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)開(kāi)關(guān)柜中電纜頭的溫度檢測(cè)精度和報(bào)警準(zhǔn)確性均符合現(xiàn)場(chǎng)的基本應(yīng)用。