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變電所的高壓開關柜是重要的電器設備，在長期的運行過程中，開關柜中的母線接點、高壓電纜接頭等部位因老化或者接觸電阻過大而發(fā)熱，使相鄰的絕緣部件性能劣化，甚至發(fā)生擊穿而造成事故。
據統(tǒng)計，供電系統(tǒng)發(fā)生事故的原因很多是因為熱問題產生的。但由于開關柜內空間結構狹小，每相母線對地和不同相之間都存在很高的電壓，無法進行人工巡查測溫，所以直接測量開關柜內接點溫度一直是電力系統(tǒng)檢測的一個難題。為此，筆者設計了一種基于紅外傳輸的無線測溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)將傳感器安裝在被測物體表面，在線測量該測溫點溫度后，通過紅外傳輸方式將溫度數據發(fā)送到安裝在開關柜柜門表面的采集器中，溫度采集器將其傳送到監(jiān)控計算機處理，當所測溫度超過預設報警值時，系統(tǒng)自動報警，提醒工作人員及時采取適當措施。
1 紅外傳輸模塊
紅外傳輸模塊主要由紅外編碼/譯碼器MCP2120和紅外收發(fā)器TFDU4100組成。紅外編碼/譯碼器MCP2120是美國Microchip技術公司推出的，在應用中位于通用異步接收器/發(fā)射器（UART接口模塊）和紅外收發(fā)器之間。該器件對從標準的UART接收的數據進行編碼，并以電脈沖方式輸出到紅外收發(fā)器TFDU4100中。紅外收發(fā)器TFDU4100將接收的數據同樣以電脈沖形式饋送到MCP2120進行解碼，而后通過MCP2120和UART發(fā)射譯碼數據。
1.1 紅外傳輸模塊的工作原理
紅外傳輸模塊采用37kHz標準紅外串口接口傳輸信號，進行應答式半雙工通信。紅外傳輸模塊電路如圖1所示。MCP2120的引腳TX接收的來自UART的數據經編碼器編碼后通過引腳TXIR發(fā)射。紅外收發(fā)器接收的光脈沖信號經引腳RXD（RXD是單片機的一個引腳）輸出后并通過MCP2120的引腳RXIR進入譯碼器解調，然后經引腳RX饋送到UART。MCP2120發(fā)送和接收波特率既可通過BAUD2、BAUD1和BAUD03個硬件引腳配置，也可通過軟件選擇。
1.2 紅外傳輸模塊的特點
紅外傳輸模塊利用光信號進行傳輸，不受電磁場的干擾，具有很強的抗電磁干擾能力；它功耗低，休眠電流僅為5A,可靠地保證了電池的使用壽命。因此，在高壓開關柜這種封閉環(huán)境下，它能很好地滿足傳輸要求。
2 無線測溫系統(tǒng)設計
無線測溫系統(tǒng)主要由溫度傳感器、溫度采集器組成的下位機（測溫模塊）和上位機（監(jiān)控計算機）通過通信網絡連接而成。溫度傳感器采用高性能數字溫度傳感器DS18B20采集監(jiān)測點溫度，并將溫度信號以無線形式發(fā)送給溫度采集器。溫度采集器和監(jiān)控計算機以RS485通信網絡連接，組成完整的計算機在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)。
系統(tǒng)采用主從分布式結構，以溫度采集器的單片機為控制核心，既可以獨立地完成數據處理、顯示和報警等任務，又可以將數據傳送給監(jiān)控計算機。
監(jiān)控計算機將這些數據進行處理、顯示、打印，同時將各種控制命令傳給各個從機，以實現集中管理和最優(yōu)控制。
2.1 溫度傳感器
溫度傳感器主要由數字式溫度傳感器、中央處理單元和紅外傳輸模塊組成。溫度傳感器直接安裝在被測物體表面，真實地反映被測點的實時溫度。
數字式溫度傳感器采用TI公司生產的DS18B20,它具有測量精度高、線性度好、性能比較穩(wěn)定的特點，測量溫度可為-55~125。溫度傳感器采用高性能鋰電池供電，具有饋電自檢測功能，當電池電壓低于3V時，將自動報警。
2.2 溫度采集器
溫度采集器主要由紅外傳輸模塊、中央處理單元和串行接口收發(fā)模塊組成。溫度采集器負責接收溫度傳感器發(fā)送的溫度數據，對溫度數據進行分析處理，并將紅外信號溫度信息變?yōu)闃藴蚀行畔魉徒o監(jiān)控計算機。每個溫度采集器巡檢3個溫度傳感器。
3 監(jiān)控計算機監(jiān)控軟件
監(jiān)控計算機監(jiān)控軟件采用VB語言編寫，溫度采集器從溫度傳感器處采集到監(jiān)測點的溫度，并送交到監(jiān)控計算機，監(jiān)控計算機的主要任務是接收處理溫度數據并將其實時顯示出來，當溫度超限時自動報警，并形成溫度曲線和報表。監(jiān)控計算機監(jiān)控軟件功能結構如圖3所示。
監(jiān)控計算機監(jiān)控軟件具有以下功能
�。�1）實時顯示監(jiān)測點的溫度數據，當監(jiān)測點溫度超過預設報警時自動報警；
�。�2）可以根據監(jiān)測點的溫度數據繪制日、月、年曲線，能夠對溫度數據生成報表并打��；
�。�3）可以根據需要設定報警值和查詢周期；
（4）結合數據庫中的歷史數據，能夠對監(jiān)測點的狀態(tài)作出評估。
3.1 屏幕顯示
屏幕顯示是系統(tǒng)主要功能的體現，即進行實時溫度顯示，屏幕顯示界面如圖4所示。黑色點代表測溫點，用戶可以通過單擊進線開關柜和出線開關柜獲得測溫點的實時溫度。一旦溫度超過報警溫度值，將會以聲音、對話框和紅色溫度字體提醒用戶檢查。
3.2 溫度曲線
繪制溫度曲線總共分為3類：實時曲線、日曲線和年曲線。實時曲線建立在實時溫度表的基礎上，而日曲線和年曲線建立在歷史數據表的基礎上。通過輸入采集點的編號和時間即可得到各種溫度曲線，在輸入采集點編號的同時同樣會出現所屬變電所和線路的名稱，以便用戶能很快找到對應點進行相應的操作。
溫度曲線可以對當前、日、年的溫度繪制曲線，便于操作者觀察和分析其中的規(guī)律，可以預先進行某些降溫處理，同時也為該系統(tǒng)的另一個擴展功能——預警提供數據支持。
3.3 狀態(tài)評估
狀態(tài)評估主要是對測量接點設定預報警值，當測量接點溫度超過預報警值但還未達到報警溫度時，將溫度數據存入數據庫中的歷史數據。通過查看數據庫中的歷史數據中存儲的溫度數據以及故障信息等參數，并結合當前線路狀態(tài)，對其進行邏輯處理，判斷可能存在的故障，工作人員可以根據它安排合理的檢修計劃。狀態(tài)評估界面如圖6所示。
4 無線測溫系統(tǒng)特點
該無線測溫系統(tǒng)結構簡單，易于實現，集精確測溫、無線數據傳輸和總線監(jiān)測網絡于一體，滿足了對供電系統(tǒng)開關柜內溫度實時在線監(jiān)測的要求；采用了紅外傳輸技術，沒有電磁干擾，最大限度地降低了周圍電磁場尤其是開關開、合閘的影響，有效地保證了測溫精度，提高了設備使用壽命。監(jiān)控軟件通過與數據庫的連接，可以對溫度數據進行存儲、查詢和顯示，還可以實現測點溫度數據曲線圖形顯示功能，并且提供了打印數據報表的功能。
5 結語
基于紅外傳輸的無線測溫系統(tǒng)有效地解決了開關柜在線監(jiān)測溫度難的問題，電力系統(tǒng)作為我們工業(yè)產業(yè)的領頭羊，是實現工控自動化的第一步。該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，測溫準確，效果良好，在電力系統(tǒng)安全運行中發(fā)揮了重要作用，具有良好的推廣空間和廣闊的市場前景。
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