高压开关无线测温系统的设计

张传娟 徐州经贸高等职业学校机电系 江苏徐州 221004

【文章摘要】

发电厂、变电站的高压开关是关键的电器配件。高压开关长时间开启中，节点和高压电缆接头等一些地方由于老化或碰触电阻过大而产生发热现象，导致附近的绝缘部分的性能降低，严重的可能会穿透发生事故。统计数据得出，电力系统事故的产生多是因热问题。温度实时检测的运行，可以减少电力系统每年的设备维修费用，以及降低停电次数，这对供电可靠性的意义重大。所以，通过合理及时的措施控制检测温度，可以有效的制止开关发生故障。

【关键词】

高压开关；无线测温；实时监控；VisualBasic

1 高压开关无线测温系统研究的意义大家知道要正常完成电力系统控制的基本目标以及电力市场交易，关键在于电力系统安全持久的运行。现当代高电压、大机组以及大容量的普及使得对电力系统性能的要求也在逐步提升，所以为确保电力系统的正常运行, 电力系统热故障检测和预警也越发受人关注。发电厂、变电站的高压开关是关键的电器配件，高压开关长时间开启中，节点和高压电缆接头等一些地方由于老化、接触不良、负荷太重、散热情况不好等导致温度过高，如果没有及时的检测到这些发热的地方，最后可能致使火灾发生。发电厂以及变电站这几年就曾多次引发开关过热事故，导致火灾、停电, 有效处理开关过热现象是抑制这种事故产生的关键所在, 从长期安全运行要求考虑，高压开关温度应限定在一定范围以内，这就需要对开关过热事故进行检测和预警。所以对高压开关的温度进行实时监测尤为重要。2 高压开关测温系统的总体结构（图1）本系统运用基于RS-485 总线的主从分布式结构，以监测温度的装置接受模块里单片机ATmega16 作控制核心的从机，不但能自己完成一些任务，如：数据处理、显示以及预警，还能传数据于上位主机。然后，主机会处理、显示、打印出此数据，并把种种控制命令传达给各从机，从而达到统一管理及最佳控制。

我们把整个监测系统结构分为三层：第一层即上位机，主要由计算机组成作为用户的监测层；第二层是安装在检测开关柜柜门的下位机，它实际上是由单片机ATmega16 构成的温度采集装置；最底层是温度值采集及传输模块，由单片机ATmega16 和DS18B20 构成。该模块的功能是采集温度，所以一般安装在开关柜的三相母线上，同时每相装置两个温度采集结点，即每台开关柜上有六个均满足1—Wire 通信规约的数字化结点的温度采集结点，我们通常采用红外线传输模块来实现温度采集结点与下位机之间的高压隔离和数据传输，通过总线结构的RS—485通信网完成上位机与下位机之间的通信。本系统将温度传感器安置在发热点上, 经接触母线来获取温度, 随即通过红外线无线传输方式把数据传送到接收器上。此接收装置不但可同一时间接收不同传感器传送的数据，并整理保留，然后轮流显示出来。而且可以经过RS-485 通信网络把数据传送到主要监视的计算机上。这时上位机软件会对这些数据加工处理并保存，最后出现温度曲线图有利于进行数据分析。如果温度比先前设置好的上限温度高时，系统会及时声音报警以及在屏幕上显示, 从而警示值班员工紧急处理。

3 高压开关无限测温系统的硬件装置这个系统由RS-485 通讯网络组成,它是一种基于高压开关测温装置的主从分布式温度监测与管理系统。硬件主要由RS-485 网络通信模块、测温装置（包括数据传输与控制模块和温度数据采集与传输模块）和上位机三个部分构成。母线温度的采集主要由温度数据采集与控制模块负责，并将其采集的数据通过红外传输模块传送到数据传输与控制模块进行处理与显示。其硬件电路主要包括单片机ATmega16、红外传输模块、数字式温度传感器DS18B20 等其它相关元器件。温度传感器与数据处理、显示部分在高压开关温度测量装置中是分开的。为便于实际应用，通常数据的显示、报警部分都是安装在开关柜的面板上，温度测量部分则需要安装在母排上，数据在红外光的作用下从高压侧传给处于低压侧的数据处理装置。采用红外（IR）编码/ 译码器MCP2120 与低功率的红外收发模块TFDU4100 构成的红外收发装置。为了能够达到远程信息交换的目的，在计算机网络、数据通信以及工业分布式控制系统中，串行通信是经常被采用的一种方式。RS-485 的通信是采用平衡发送和差分接收方式来实现的:即在发送端TXD 将串行口的TTL 电平信号转换成A、 B 两个差分信号分两路输出，经传输后在接收端又将A、B 信号还原成TTL 电平信号。因为是差分信号而且两条传输线一般都是使用的双绞线，所以传输过程具有极强的抗共模干扰能力，不仅提高了接收灵敏度而且在很大程度上提高了最大传输距离和传输速率。如果在降低波特率的情况下，传输距离还可进一步增大。另外RS-485 可以实现了多点互连功能，同时最多可满足32 台驱动器和32 台接收器，在实现半双工通信的基础上，达到了全双工通信的效果。

4 高压开关无限测温系统的软件设计整个上位机软件运用Visual Basic 语言，传感器采集6 个点的温度，然后由采集器通过RS485 接口将这些数据传输到监控计算机上，这时候，监控计算机处理这些数据并实时显示，当温度高于最大限制时开启报警，同时形成温度曲线图以及报表。在温度检测系统设计方面，主要延续模块化设计理念，运用结构化程序设计方案，具备良好的模块性、可移植性以及可修改性。

主机软件采用的是VisualBasic6.0 程序设计语言，VisualBasic6.0 各方面都能做到简单运行，如：应用程序界面设计方面，运算方面以及串行通信等，是Microsoft公司推行的一套成熟的可视化编程语言。其图形界面多样美观、开发周期不长、空间集成度好，所以较适合本系统主机软件开发。软件功能结构图如图2 所示。

5 结语

本文主要围绕无线测温系统的总体结构、工作原理、硬件电路的制作、上位机软件的设计等几个方面来进行阐述。本系统在设计方面主张简单构造，便于实现，统一精确检测温度、无线数据传输以及RS-485 总线监测网络于一体，在很大程度上弥补电力系统能量传输时对高压开关温度时在线进行监测的需求，使电力系统运行自动化的水平进一步提升。系统通过无线传输、智能测温、现场总线、计算机监控等技术，实现了高压开关温度的实时监控。我们坚信这个系统将会在未来得到广泛推广及应用。

【参考文献】

[1] 王定飞，倪江生，金伟明，分布式多点位无线测温系统及其应用[J]，现代电子技术，2004 年12 期，75-76.

[2] 费万民，吕征宇，耿福江等. 高压开关触点和母线温度在线监测与监视系统. 电力系统自动化，2004:86-88.

[3] 徐东晟，许一声，高压开关柜触头温度在线监测的研究[J]，高压电器，2001（37）第1 期，54-55.

[4] 干耀生，朱晓辉，周大川. 电气设备光栅测温系统技术研究. 华北电力技术.2007 年第4 期.

[5] 张艳，田竞，叶逢春，路灿，基于红外传感器的高压开关柜温度实时监测网络的研制[J]，高压电器，2005年第14 卷第5 期，91-94。