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淺談無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)在低功耗開關(guān)柜中的應(yīng)用
日期：2025-12-21 17:59
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摘要：為了能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測高壓開關(guān)柜的溫度狀況，提出一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)。設(shè)計的無線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)不僅解決了開關(guān)柜內(nèi)高溫、高壓、強電磁感應(yīng)等在惡劣環(huán)境下不易檢測的問題，而且從硬件選擇和軟件設(shè)計上實現(xiàn)超低功耗設(shè)計，能夠長時間實時監(jiān)測高壓開關(guān)柜溫度，很大程度上延長了無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)的壽命。
淺談無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)在低功耗開關(guān)柜中的應(yīng)用
0 引言
高壓開關(guān)柜作為發(fā)電廠及變電站中的重要設(shè)備，起到通斷、保護和控制等作用。[1]目前普遍使用小車式開關(guān)柜，開關(guān)柜與斷 路器之間均采用動、靜觸頭連接，在動、靜觸點接觸時，二者之間存在一個接觸電阻，電流流過會引起觸點的發(fā)熱。由于小車與開關(guān)柜因制造、運輸或安裝可能出現(xiàn)問題，或使用過程中發(fā)生氧化或腐蝕，都有可能引起觸頭接觸不好，造成接觸電阻增大等現(xiàn)象。過大的接觸電阻將導(dǎo)致觸頭溫度升高，發(fā)展到一定程度可能燒毀觸頭，造成停電，引起火災(zāi)等嚴重事故。在長期運行過程中，觸電和母線排連接處也可能因為老化或接觸電阻過大而發(fā)熱，而這些位置的發(fā)熱也有可能導(dǎo)致火災(zāi)事故。
綜上所述，及時發(fā)現(xiàn)并處理開關(guān)柜觸頭過熱問題是防止此類事故發(fā)生的關(guān)鍵。由于開關(guān)柜處于高壓環(huán)境、空間狹小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，人工巡檢存在很大困難和局限性，不能實時監(jiān)測和提前預(yù)警。因此開發(fā)一套結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，操作方便，成本低廉的開關(guān)柜觸頭溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時測量和監(jiān)視高壓開關(guān)柜內(nèi)的溫度變化，預(yù)測可能引起火災(zāi)或故障的局部過熱情況， 在故障發(fā)生之前發(fā)出警報和檢修建議，是避免事故發(fā)生、控制故障惡化的有效手段，對于保證高壓開關(guān)柜的正常運行，提高電力系統(tǒng)運行的可靠性有著非常重要的意義。為了解決上述問題，本文提出了基于超低功耗的無線測溫系統(tǒng)，基于開關(guān)柜自身的特點設(shè)計了低功耗無線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實現(xiàn)了超低功耗長時間工作的無線測溫系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)分為兩個部分，即無線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)和上位機監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)：無線傳感器節(jié)點分為溫敏電阻傳感器節(jié)點與數(shù)字溫濕度傳感器節(jié)點兩種，溫敏電阻傳感器節(jié)點根據(jù)主節(jié)點分配的時隙進行定時發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)字溫濕度傳感器節(jié)點以相同時間間隔發(fā)送數(shù)據(jù)，兩種傳感器均通過無線芯片將溫度值發(fā)送給主節(jié)點，構(gòu)成一對多的星型網(wǎng)絡(luò)。
上位機監(jiān)控系統(tǒng)：無線主節(jié)點通過RS232串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機，上位機軟件可監(jiān)控整個變電站中開關(guān)柜的溫度狀態(tài)，一旦出現(xiàn)溫度過高便進行聲光報警，并對數(shù)據(jù)進行存儲，方便管理和歷史查詢。
2 無線測溫節(jié)點設(shè)計
從降低節(jié)點功耗和簡化節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)等角度考慮，本文基于低功耗處理器PIC16LF726和集成射頻芯片CC1101設(shè)計了溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。溫度傳感器采用溫敏電阻傳感器，該傳感器不受周圍電場、磁場等干擾，自身不需要電源供電，利用單片機IO 控制和AD采集傳感器分壓值監(jiān)測節(jié)點電壓。
無線測溫節(jié)點采用超級電容與電池配合供電的方式，保證了傳感器節(jié)點可以長期穩(wěn)定工作，電容供電降低了對電池容量的要求。電池容量的降低不僅縮減了整個模塊的尺寸，還減少了電池爆破等極端情況造成的**隱患。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用一對多的方式構(gòu)成星型網(wǎng)絡(luò)，由于無線溫度節(jié)點電源容量有限，大多數(shù)時間均處于睡眠狀態(tài)，平均發(fā)送周期較長，發(fā)送間隔由主節(jié)點分配。主節(jié)點長期處于接收狀態(tài)，實時接收溫敏電阻傳感器節(jié)點及溫濕度傳感器節(jié)點發(fā)送的溫濕度信息。當接收到溫敏電阻傳感器節(jié)點的信息后，主節(jié)點將根據(jù)當前的溫敏電阻傳感器節(jié)點數(shù)目及上個節(jié)點到來的時間為傳感器計算下次傳送的時隙，并向子節(jié)點發(fā)送包含時隙信息的應(yīng)答信息。當接收到溫濕度傳感器節(jié)點的信息后，主節(jié)點將回復(fù)應(yīng)答信息防止多次發(fā)送。
主節(jié)點接收到節(jié)點上傳的溫度信息后立即通過RS232串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機，由上位機軟件統(tǒng)一進行顯示、存儲、報警。上位機還可向主節(jié)點主動發(fā)送命令信息，以改變網(wǎng)絡(luò)上傳周期等參數(shù)。
3 淺談無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)在低功耗開關(guān)柜中的應(yīng)用
安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當前無線測溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和專家意見的基礎(chǔ)上,充分吸收當前國內(nèi)外廠家的成功案例，并結(jié)合安科瑞多年來的豐富經(jīng)驗，采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O(shè)計思想，結(jié)合自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計的**專業(yè)的無線測溫軟件。
3.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進行通信，系統(tǒng)設(shè)計遵循標準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約，**性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能。可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應(yīng)，預(yù)防嚴重故障發(fā)生。
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點是開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件兼容性強，軟件移植性好，應(yīng)用功能豐富。該系統(tǒng)具有強大的處理能力，快速的事件響應(yīng)，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)軟件工程的設(shè)計規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。
3.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能
■實時監(jiān)測
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息
■溫度查詢
溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）
■運行報表
查詢各回路設(shè)備運行溫度報表.
■實時報警
壁掛式無線測溫監(jiān)控設(shè)備具有實時報警功能，設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出告警。
■設(shè)備提供以下凡種告警方式：
a.彈岀事件報驚窗口.
b.實時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警.
C.短信吿警，可以向指定手機號碼發(fā)送吿警信息短信（需選配短信貓）.
■歷史告警査詢
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。
■用戶權(quán)限管理
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)**穩(wěn)定運行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。
通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的**保障。
■定值設(shè)置
用于修改高溫定值、超溫定值。
■WEB（可選）
展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息， 設(shè)備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數(shù)量、回路個數(shù)、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實時監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。
實時數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。
接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數(shù)變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點支持）。
能耗統(tǒng)計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環(huán)比，用電排名。
運維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。
■手機APP（可選）
設(shè)備數(shù)據(jù)員面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)、溫 度數(shù)據(jù)以及曲線。
3.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產(chǎn)品選型
安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點，將測溫數(shù)據(jù)通過無線射頻技術(shù)傳到接收裝置，再由接收器485通訊到測溫終端或無線測溫系統(tǒng)。
3.3.1 安科瑞無線溫度傳感器
無線溫度傳感器共有5種，分別對應(yīng)螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據(jù)傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。
3.3.2 安科瑞無線收發(fā)器
無線測溫收發(fā)器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)不同的傳感器型號進行匹配，同時傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。
3.3.3 安科瑞顯示終端
顯示裝置通過RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場及時查看電氣節(jié)點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。
4 淺談無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)在低功耗開關(guān)柜中的應(yīng)用 結(jié)語
在高壓輸電線路架設(shè)成功之后不能盲目投入使用，要對前面提到的分支工程一一進行檢測，及時發(fā)現(xiàn)線路中出現(xiàn)的問題。在投入使用之后也要時刻注意電力傳輸過程中出現(xiàn)的問題，并及時解決，做好記錄，總結(jié)經(jīng)驗，完善線路設(shè)計和施工方案。高壓輸電線路的設(shè)計與施工仍然需要深入研究，如何合理、經(jīng)濟進行線路施工仍需要經(jīng)驗的總結(jié)和不斷的學(xué)習(xí)，這樣才能推進電力事業(yè)的進步。
淺談無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)在低功耗開關(guān)柜中的應(yīng)用
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