基于红外测温技术的开关柜温度在线监测系统的研究
2016-10-21孙光亮仪大勇刘洋张笑庆
孙光亮 仪大勇 刘洋 张笑庆
【关键词】红外测温 开关柜 高温报警 单片机 GSM
1 引言
随着社会经济和电力行业的发展，全封闭式高压开关柜已广泛应用于各电压等级变电站10kV、35kV供电系统中，在配电网中极为重要，是作为架空线、电缆、母联的枢纽节点。柜内接点（插头）接触位置偏移、动静触指弹簧松动、材质不良等因素均会导致开关柜内的刀闸触头、母线排过渡点、电缆终端接头等关键部位产生严重发热，影响设备安全运行。
目前国内变电站内普遍采用的测温手段是示温变色蜡片法、红外测温法、接触式测温电阻法。示温变色蜡片法测温误差大，实用性差；红外测温法无法透过设备外壳监测到设备内部的高温，且不能实时监测设备温度；设备内部采用的接触式测温电阻法，存在高电压隔离和测温器件温度过热的问题，实用性差。随着电压等级的提高和用电负荷的逐年增长，以上方法的局限性越来越明显。
由此可见，设计一种实用性强，精度高的温度在线监测系统，实时地对开关柜内关键部位的温度进行非接触式测温，具有十分重要的应用价值。
2 系统介绍
本文设计的开关柜温度在线监测系统主要包括温度采集模块、数据处理模块、数据显示模块、声光报警模块、GSM遥信报警模块。
该系统利用红外测温技术，可远离测量点进行非接触式测温，解决了高压隔离以及传感器温度过高的问题，响应速度快，精度高。装置安装于金属柜门内侧，实时监测并显示开关柜内部关键部位的温度，不影响开关柜的正常运行。数据显示模块布置在透观察窗口处便于运维人员检查记录。
该装置内部设计有声光报警模块，当温度达到或超过预先设定的报警温度限定值时，在现场发出声光报警信号，便于巡视人员在巡视时及时发现高温缺陷。当温度达到或低于报警温度值时，装置自动取消报警。本装置还设计有GSM遥信报警模块，在出现高温现象时，可以将温度数据以短信息的形式发送到运维人员值班手机上，以便运维人员及时到现场检查处理。此外还有短信查询功能，可以远方查询开关柜内的温度。
3 硬件设计
开关柜温度在线监测系统的结构示意图如图1所示。
红外传感器MLX90614是一款非接触式的红外线温度感应芯片，测温范围-40～125℃。MLX90614在信号调节芯片中使用了先进的低噪音放大器，一枚17-bit ADC以及功能强大的DSP元件，从而实现高精度温度测量。
TC35是Siemens公司推出的新一代无线通信GSM模块，可以快速、安全、可靠地实现系统中的数据传输和短消息服务，稳定性强，不易受干扰，网络覆盖面广。
单片机芯片STC89C52RC，超强抗干扰，宽电压，不怕电源抖动，宽温度范围-40℃～85℃。能够控制其它模块实现温度在线检测和高温报警功能。
声光报警模块，结合了声音和灯光的优点，首先通过声音初步确定报警来源，再观察灯光信号，精确定位发生高温故障的开关柜。
装置通过强磁铁吸附的方式固定于金属柜门内侧，安装方便。
4 软件设计
系统运行程序设计流程图见图2，系统初始化后，进入无限循环的温度采集流程中。
利用Keil C51软件编译C语言程序，设定两个温度限定值T1、T2，划分为三个温度状态：正常温度时，温度T≤T1，绿灯亮，蜂鸣器不响；异常高温时，T1
5 系统应用情况
5.1 现场应用
将研制好的装置分别放置在五个10kV高压开关柜内试运行，对开关柜内三相电缆接头温度进行实时监测，实现了预期功能，运行状况良好。由于目前现场所选的开关柜运行状况良好，电缆温度在允许范围内，并未收到报警短信。装置现场应用情况如图3。
5.2 效果检查
利用温度校验仪MX824-J模拟产生高温来检验装置测温准确性和报警情况，设定T1=45℃，T2=75℃，检查结果如表1所示。
由檢查情况可知，误差值范围在+0.6℃～-0.6℃，精确度高，满足现场应用的要求。温度报警动作正确，短信发送正常并且延时在允许范围内。本装置对开关柜内电缆头的温度监测的精度以及报警准确性均能满足现场实际应用。
6 结语
随着越来越多的无人值守变电站的投入运行，对供电可靠性和电网异常、发生事故时的应急响应和处理速度的要求不断提高，要解决人力不能超越的问题就必须深化并保证信息的采集和处理。本文中设计的基于红外测温技术的开关柜温度在线监测系统，可实时检测到开关柜内的高温缺陷，提前发现事故隐患并进行消缺，降低了设备故障率，提高了设备运行的安全性、可靠性。该系统为设备的状态检修提供了科学依据，促进了智能化开关柜及电网遥感、遥测等现代化技术的完善与发展。
参考文献
[1]韩玉兰，芦兴，路灿，田竞.高压开关柜隔离触头温度红外检测系统的研制[J].高压电器，2008，44（6）：578-581.
[2]郭文元，雷颖，高良玉.高压电气设备中导电连接处温度的状态监测[J].高电压技术，1996，22（3）：33-35.
[3]杨武，王小华，荣命哲，贾申利.基于红外测温技术的高压电力设备温度在线监测传感器的研究[J].中国电机工程学报，2002，22（9）：113-117.
