35kV高压配电柜柜内温度异常报警系统的设计

伍树溪

摘要：高压配电柜通常负责一个地区的供电，是电力系统中重要的组成部分之一。35kV高压配电柜应用较为广泛，在工业、国防等领域扮演着重要角色。高压配电柜正常、安全的运行，对各行业的发展起到了举足轻重的地位。但是高压配电柜会因各种原因，导致配电柜出现故障，而絕大部分故障都与热量有关，因此对高压配电柜柜内的高压设备进行温度监测，根据温度判断设备的运行状况非常重要。基于此本文分析了35kV高压配电柜柜内温度异常报警系统的设计。

关键词：35kV；高压配电柜柜内；报警系统；设计

1、高压配电柜温度监测发展

20世纪90年代，科学技术的进一步发展，为高压配电柜的温度监测提供了有力的科技支持。包括温度传感器技术的发展、数字处理技术的发展、以太网通信技术的发展、计算机软件和硬件的进一步完善，为辐射测温法、红外测温法、光纤测温法的推广奠定了一定的基础等。实现了高压配电柜柜内温度的多点式测量，使得高压配电柜温度监测更加准确、全面、稳定，同时也使的测温更加的便捷。

对于高压配电柜柜内温度监测而言，基本的方式还没有改变。依然采用现场工作人员定时巡视的方式对高压配电柜柜内温度进行测量和记录，尚未形成一个完全“智能化”、“远程化”、“无人化”的在线温度监测报警系统。

2、总体设计

2.1测温方式的选择

高压配电柜柜内设备工作于高温高压的环境，对它们温度的测量存在一定的难度。目前是利用红外热成像技术，把物体辐射红外线的强弱转化为物体温度分布图。这种测温方法具有非接触、无损、测温范围广，并能直观呈现被测物体的温度分布情况。根据高压配电柜的工作环境以及对温度监测准确性、及时性的要求，最终选用红外热成像测温方法，作为本设计的温度监测方法。

2.2系统结构及功能的设计

在本设计中，上位机监控报警中心实现对8台35kV高压配电柜柜内异常温度的监测。本设计主要由温度图像采集模块、图像采集控制模块和上位机监控报警模块构成。系统总体设计结构如图1所示。

系统为每个高压配电柜温度采集系统分配一个IP地址，通过以太网实现与上位机的图像数据传输。带有红外探测器的ARM嵌入式平台安装于高压配电柜柜门的内侧，能够方便有效的对柜内温度图像的采集。首先，红外探测器对高压配电柜柜内温度图像进行采集。其次，把采集到的图像以点阵形式存储到S3C2440的SDARM中。再次，把采集到的图像通过以太网，实现图像采集系统与上位机之间的图像信息的传送。最后，上位机分时接收来自8台高压配电柜的红外热分布图，依次将采集到的红外热分布图与预存正常情况下的红外热分布图在采样区域内进行区域比对。考虑到不同时间段环境温度的差异，分时段采集多组图像，分别作为不同时段的比对样本图像。当发现采样区域温度异常，在监控中心将发出声光报警信号，实现对8台高压配电柜的温度监测。

3、35kV高压配电柜柜内温度异常报警系统

3.1硬件设计

选择对其中一台高压配电柜进行柜内异常温度监测，作为整个设计系统的子系统。该子系统主要由红外热图像传感器、S3C2440微控制器、以太网传输模块以及上位机监控中心等模块构成，实现对高压配电柜柜内温度的远程监测。高压配电柜异常温度监测报警子系统的硬件结构如图2所示：

在本设计中，由下位机和上位机两部分构成。下位机负责对35kV高压配电柜柜内红外图像的采集，上位机实现对采集到的红外热图像与标准预存的红外热图像进行样本区域比对。发现温度异常时，及时启动声光报警系统。

3.2软件设计

针对35kV高压配电柜柜内温度监测的要求，本系统的软件设计任务主要由红外热图像采集任务、红外热图像存储任务、红外热图像数据包的以太网传输任务、上位机红外热图像比对任务和声光报警任务等构成。每个任务都基于35kV高压配电柜柜内温度监测系统的硬件平台，在μC/OS-Ⅱ软件操作系统平台基础之上开发完成的。在图像采集模块，微处理器首先对红外热图像传感器进行自检、初始设置、初始化等操作，完成对红外热图像传感器的设置，保证红外热图像传感器进入到正常工作状态，提高红外热图像传感器对高压配电柜柜内红外热分布图像的采集准确度。使得采集到的红外热图像，满足本设计的需求。在进行以太网图像数据传输时，首先实现对DM9000进行初始设置，使该以太网控制芯片进入到数据收发状态，能够接受红外热图像数据包的预存储，以便实现红外图像数据包的以太网传输。现场工作人员根据监测系统的报警情况，及时采取措施，避免事故的发生。软件系统的整体构架如图3所示：

在本设计中，分为下位机的软件设计和上位机的软件设计。在下位机中主要包括红外热图像采集任务、红外热图像的存储任务及红外热图像的以太网传输任务。红外热图像采集模块实现对35kV高压配电柜柜内红外热图像进行实時采集，采集到的温度图像通过存储任务以点阵的形式存储到微处理器SDRAM中，利用以太网控制芯片DM9000通过以太网把红外热图像数据包传送到上位机中。在上位机中主要包括红外热图像的比对任务和声光报警任务。通过红外热图像比对任务，把采集到的红外热图像与预存的标准的红外热图像在采样区域依次进行比对，发现采样区域出现温度异常，及时发出声光报警。在上位机整体监控中心，依次完成对8台高压配电柜柜内红外热图像的比对，实现对8台35kV高压配电柜的监测。

总之，35kV高压配电柜是供电系统的重要组成部分，对供电的安全性、稳定性和可靠性等都起到重要作用。高压配电柜出现故障，将会严重影响供供电的可靠性，因此进一步加强对其的研究非常有必要。

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