德國進(jìn)口Vaisala全系列PTB110 4A1AB

 變電所的高壓開關(guān)柜是重要的電器設(shè)備，在長期的運(yùn)行過程中，開關(guān)柜中的母線接點(diǎn)、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(jù)統(tǒng)計(jì)，供電系統(tǒng)發(fā)生事故的原因很多是因?yàn)闊釂栴}產(chǎn)生的。但由于開關(guān)柜內(nèi)空間結(jié)構(gòu)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(jìn)行人工巡查測溫，所以直接測量開關(guān)柜內(nèi)接點(diǎn)溫度一直是電力系統(tǒng)檢測的一個難題。為此，筆者設(shè)計(jì)了一種基于紅外傳輸?shù)臒o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(diǎn)溫度后，通過紅外傳輸方式將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到安裝在開關(guān)柜柜門表面的采集器中，溫度采集器將其傳送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)處理，當(dāng)所測溫度超過預(yù)設(shè)報(bào)警值時，系統(tǒng)自動報(bào)警，提醒工作人員及時采取適當(dāng)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(shù)公司推出的，在應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的UART接收的數(shù)據(jù)進(jìn)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(shù)據(jù)同樣以電脈沖形式饋送到MCP2120進(jìn)行解碼，而后通過MCP2120和UART發(fā)射譯碼數(shù)據(jù)。
　　1.1 紅外傳輸模塊的工作原理
　　紅外傳輸模塊采用37kHz標(biāo)準(zhǔn)紅外串口接口傳輸信號，進(jìn)行應(yīng)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(shù)據(jù)經(jīng)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(jīng)引腳RXD（RXD是單片機(jī)的一個引腳）輸出后并通過MCP2120的引腳RXIR進(jìn)入譯碼器解調(diào)，然后經(jīng)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(diǎn)
　　紅外傳輸模塊利用光信號進(jìn)行傳輸，不受電磁場的干擾，具有很強(qiáng)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(guān)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(shè)計(jì)
 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(jī)（測溫模塊）和上位機(jī)（監(jiān)控計(jì)算機(jī)）通過通信網(wǎng)絡(luò)連接而成。溫度傳感器采用高性能數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集監(jiān)測點(diǎn)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(jì)算機(jī)以RS485通信網(wǎng)絡(luò)連接，組成完整的計(jì)算機(jī)在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)。
　　系統(tǒng)采用主從分布式結(jié)構(gòu)，以溫度采集器的單片機(jī)為控制核心，既可以獨(dú)立地完成數(shù)據(jù)處理、顯示和報(bào)警等任務(wù)，又可以將數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。
　　監(jiān)控計(jì)算機(jī)將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、打印，同時將各種控制命令傳給各個從機(jī)，以實(shí)現(xiàn)集中管理和控制。
　　2.1 溫度傳感器
　　溫度傳感器主要由數(shù)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(shí)地反映被測點(diǎn)的實(shí)時溫度。
　　數(shù)字式溫度傳感器采用TI公司生產(chǎn)的DS18B20,它具有測量精度高、線性度好、性能比較穩(wěn)定的特點(diǎn)，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(dāng)電池電壓低于3V時，將自動報(bào)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(fù)責(zé)接收溫度傳感器發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)，對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并將紅外信號溫度信息變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)串行信息傳送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。每個溫度采集器巡檢3個溫度傳感器。
　　3  監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件
　　監(jiān)控計(jì)算機(jī)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(diǎn)的溫度，并送交到監(jiān)控計(jì)算機(jī)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)是接收處理溫度數(shù)據(jù)并將其實(shí)時顯示出來，當(dāng)溫度超*自動報(bào)警，并形成溫度曲線和報(bào)表。監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。
 監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件具有以下功能
　?。?）實(shí)時顯示監(jiān)測點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)溫度超過預(yù)設(shè)報(bào)警時自動報(bào)警；
　?。?）可以根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)繪制日、月、年曲線，能夠?qū)囟葦?shù)據(jù)生成報(bào)表并打??；
　　（3）可以根據(jù)需要設(shè)定報(bào)警值和查詢周期；
　　（4）結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)，能夠?qū)ΡO(jiān)測點(diǎn)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(xiàn)，即進(jìn)行實(shí)時溫度顯示，屏幕顯示界面如圖4所示。黑色點(diǎn)代表測溫點(diǎn)，用戶可以通過單擊進(jìn)線開關(guān)柜和出線開關(guān)柜獲得測溫點(diǎn)的實(shí)時溫度。一旦溫度超過報(bào)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(shí)時曲線、日曲線和年曲線。實(shí)時曲線建立在實(shí)時溫度表的基礎(chǔ)上，而日曲線和年曲線建立在歷史數(shù)據(jù)表的基礎(chǔ)上。通過輸入采集點(diǎn)的編號和時間即可得到各種溫度曲線，在輸入采集點(diǎn)編號的同時同樣會出現(xiàn)所屬變電所和線路的名稱，以便用戶能很快找到對應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的操作。
　　溫度曲線可以對當(dāng)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(yù)先進(jìn)行某些降溫處理，同時也為該系統(tǒng)的另一個擴(kuò)展功能——預(yù)警提供數(shù)據(jù)支持。
3.3 狀態(tài)評估
　　狀態(tài)評估主要是對測量接點(diǎn)設(shè)定預(yù)報(bào)警值，當(dāng)測量接點(diǎn)溫度超過預(yù)報(bào)警值但還未達(dá)到報(bào)警溫度時，將溫度數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)。通過查看數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)中存儲的溫度數(shù)據(jù)以及故障信息等參數(shù)，并結(jié)合當(dāng)前線路狀態(tài)，對其進(jìn)行邏輯處理，判斷可能存在的故障，工作人員可以根據(jù)它安排合理的檢修計(jì)劃。狀態(tài)評估界面如圖6所示。
　　4  無線測溫系統(tǒng)特點(diǎn)
　　該無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，集精確測溫、無線數(shù)據(jù)傳輸和總線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)于一體，滿足了對供電系統(tǒng)開關(guān)柜內(nèi)溫度實(shí)時在線監(jiān)測的要求；采用了紅外傳輸技術(shù)，沒有電磁干擾，大限度地降低了周圍電磁場尤其是開關(guān)開、合閘的影響，有效地保證了測溫精度，提高了設(shè)備使用壽命。監(jiān)控軟件通過與數(shù)據(jù)庫的連接，可以對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、查詢和顯示，還可以實(shí)現(xiàn)測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)曲線圖形顯示功能，并且提供了打印數(shù)據(jù)報(bào)表的功能。
　　5  結(jié)語
　　基于紅外傳輸?shù)臒o線測溫系統(tǒng)有效地解決了開關(guān)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(chǎn)業(yè)的*，是實(shí)現(xiàn)工控自動化的*步。該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，測溫準(zhǔn)確，效果良好，在電力系統(tǒng)安全運(yùn)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。

一、六氟化硫在線監(jiān)測及開關(guān)柜測溫方案方案設(shè)計(jì)：

  現(xiàn)場有兩部分組成：開關(guān)柜溫度監(jiān)測和sf6泄露監(jiān)測。開關(guān)柜測溫采用感應(yīng)供電無線測溫技術(shù)，無線溫度傳感器利用磁飽和感應(yīng)供電原理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的免維護(hù)及數(shù)據(jù)采樣的實(shí)時性。Sf6泄露監(jiān)測采用紅外檢測技術(shù)，用德國先進(jìn)的雙光束紅外檢測技術(shù)檢測SF6氣體濃度數(shù)值，精度能夠做到1%FS 。

兩部分通過485總線或光纖連接到集中控制室，集控室安放一臺監(jiān)控服務(wù)器，服務(wù)器安裝我公司研發(fā)的OES-2000集中監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)查看及綜合監(jiān)控。

二、六氟化硫在線監(jiān)測及開關(guān)柜測溫方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：

三、六氟化硫在線監(jiān)測及開關(guān)柜測溫方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖各部分介紹：

a) 開關(guān)柜無線測溫

在開關(guān)柜動觸臂上安裝感應(yīng)供電式無線溫度傳感器，從一次回路取電，無需電池，只要一次回路有10A以上電流即可感應(yīng)取電，通過電磁無線數(shù)字傳輸將溫度值發(fā)送到安裝在二次儀表艙的無線溫度監(jiān)測器，監(jiān)測器通過RS485串口將溫度數(shù)據(jù)集中到監(jiān)控主機(jī)，實(shí)時查看數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)溫度超溫報(bào)警。

        b) 現(xiàn)場安裝

無線溫度傳感器的安裝：將表帶式傳感器扎在觸壁上，將溫度探頭引出粘貼在觸頭附近，后用熱縮套管熱縮。

溫度傳感器安裝圖片如下：

無線溫度監(jiān)測器的安裝圖如下：安裝在二次艙內(nèi)或開關(guān)柜面板上。

  b) 技術(shù)參數(shù)                              

        l 無線溫度監(jiān)測器性能指標(biāo)：

       測點(diǎn)數(shù)量：1---128個點(diǎn)（根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)定）。

       報(bào)警輸出：1個（無源接點(diǎn)）250Vac,0.6A或24Vdc,5A。

       通訊接口：RS-485串口。

       通訊規(guī)約：Modbus-RTU規(guī)約，正瑞規(guī)約可選

       工作電壓：交流220VAC, 220VDC(無需電源適配器)。

       工作溫度：-40℃～+85℃。

         2 無線溫度傳感器性能指標(biāo)：

       測溫元件：數(shù)字集成溫度傳感器

       測溫范圍：-55℃～+127℃

       測溫誤差：小于0.5 ℃（全量程范圍）。

       接口方式：430M無線數(shù)字通訊。

       發(fā)送頻率： 10S發(fā)送一次。

       供電方式：感應(yīng)供電

       一次回路電流：10A-6000A之間

      c) Sf6泄露監(jiān)測

采用德國先進(jìn)的雙光束紅外檢測技術(shù)檢測SF6氣體濃度數(shù)值，精度能夠做到1%FS，可以長達(dá)到10年工作壽命。

它主要檢測開關(guān)室SF₆氣體濃度含量和氧氣含量，當(dāng)環(huán)境中SF₆氣體含量超標(biāo)或缺氧時，能實(shí)時進(jìn)行報(bào)警，同時自動開啟通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，并具有溫濕度檢測、工作狀態(tài)語音提示、遠(yuǎn)傳報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)查詢等諸多豐富功能。

德國smartGAS公司的SF6傳感器的原理是紅外光譜原理，也就是激光的原理！與電化學(xué)原理相比，紅外SF6傳感器（六氟化硫傳感器）具有高可靠性，長壽命，高性價(jià)比。 不受H2O，酒精，CO2氣體干擾。它廣泛地用于電力設(shè)備的SF6氣體泄漏監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng) （0-1000ppm)中，SF6檢漏儀（0-50ppm),SF6檢漏儀純度分析儀（0-）。

  氣體分析模塊對下面各個采集器的空氣進(jìn)行取樣分析，并把分析數(shù)據(jù)連同溫濕度傳感器、風(fēng)機(jī)控制器利用485網(wǎng)絡(luò)接入集中監(jiān)控室的服務(wù)器，服務(wù)器的軟件平臺集中顯示實(shí)時數(shù)據(jù)并存儲，設(shè)定超濃度上限報(bào)警，自動聯(lián)動風(fēng)機(jī)啟停。

   a）氣體取樣分析模塊技術(shù)參數(shù)

        ● 激光法檢測環(huán)境中SF₆氣體含量；

        ● 超限報(bào)警泄漏時自動啟動風(fēng)機(jī)排風(fēng)功能；

        ● 環(huán)境中O₂含量檢測功能；缺氧時自動報(bào)警，自動排風(fēng)；

        ● 大屏幕液晶動態(tài)中文顯示，具有屏幕自動保護(hù)功能。界面友好，刷新速度快；

        ● SF₆、O₂氣體含量超標(biāo)時，風(fēng)機(jī)自動啟動功能；

        ● 定時排風(fēng)功能；

        ● 報(bào)警時啟動強(qiáng)制排風(fēng)功能；

        ● 相關(guān)歷史數(shù)據(jù)存儲及檢索功能；

        ● 溫度、濕度檢測、報(bào)警及顯示；

        ● 紅外檢測，語音提示報(bào)警功能；

        ● SF₆濃度超限報(bào)警點(diǎn)：1000ppm,精度＜±2%；

        ● O₂濃度檢測范圍0－25%，缺氧報(bào)警點(diǎn)：18%，精度＜±0.5%；

        ● 溫度顯示范圍：-20～+99℃，精度＜±0.5%；

        ● 濕度顯示范圍：0～99%RH，精度＜±3%；

        ● 輸入電源：AC 220V±20%；

        ● 報(bào)警輸出接點(diǎn)功率：AC220/5A；

        ● 風(fēng)機(jī)輸出接點(diǎn)：380V/15A（三相）或220V/15A；

        ● 風(fēng)機(jī)啟動：O₂含量≤19.6%或SF₆氣體濃度＞1000ppm時，自動啟動風(fēng)機(jī)，每次啟動時間按時段自動設(shè)置，可手動控制或強(qiáng)制啟動風(fēng)機(jī)；

        ● 海量報(bào)警信息存儲設(shè)計(jì)；

        ● 5路大容量報(bào)警觸點(diǎn)輸出。

        ● SF₆、O₂變送器采用進(jìn)口原裝的傳感器，壽命長；

        ● SF₆氣體檢測報(bào)警誤差＜1%，氧氣報(bào)警誤差＜0.5%；

        ● 風(fēng)機(jī)控制器可控制原有風(fēng)機(jī)。

        b）現(xiàn)場安裝圖片

    c）集中監(jiān)控軟件介紹

    l 具有開關(guān)柜出頭溫度、現(xiàn)場sf6/O2濃度、環(huán)境溫濕度等顯示功能

    l 具有超溫，超濃度報(bào)警功能；

    l 采用B/S結(jié)構(gòu)，可通過瀏覽器查看數(shù)據(jù)和現(xiàn)場模擬圖像；

    l 可手動控制現(xiàn)場設(shè)備，設(shè)置聯(lián)動對應(yīng)；

    l 報(bào)警功能：彈出窗口、聲音、光、GPRS短信報(bào)警功能，并顯示報(bào)警   位置。

    l 溫度歷史曲線查詢；

    l 歷史報(bào)警事件查詢；

    l 權(quán)限管理，獲得權(quán)限可通過網(wǎng)頁瀏覽數(shù)據(jù)。

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