35kV高壓配電柜柜內溫度異常報警系統的設計

伍樹溪

摘要：高壓配電柜通常負責一個地區的供電，是電力系統中重要的組成部分之一。35kV高壓配電柜應用較為廣泛，在工業、國防等領域扮演著重要角色。高壓配電柜正常、安全的運行，對各行業的發展起到了舉足輕重的地位。但是高壓配電柜會因各種原因，導致配電柜出現故障，而絕大部分故障都與熱量有關，因此對高壓配電柜柜內的高壓設備進行溫度監測，根據溫度判斷設備的運行狀況非常重要。基于此本文分析了35kV高壓配電柜柜內溫度異常報警系統的設計。

關鍵詞：35kV；高壓配電柜柜內；報警系統；設計

1、高壓配電柜溫度監測發展

20世紀90年代，科學技術的進一步發展，為高壓配電柜的溫度監測提供了有力的科技支持。包括溫度傳感器技術的發展、數字處理技術的發展、以太網通信技術的發展、計算機軟件和硬件的進一步完善，為輻射測溫法、紅外測溫法、光纖測溫法的推廣奠定了一定的基礎等。實現了高壓配電柜柜內溫度的多點式測量，使得高壓配電柜溫度監測更加準確、全面、穩定，同時也使的測溫更加的便捷。

對于高壓配電柜柜內溫度監測而言，基本的方式還沒有改變。依然采用現場工作人員定時巡視的方式對高壓配電柜柜內溫度進行測量和記錄，尚未形成一個完全“智能化”、“遠程化”、“無人化”的在線溫度監測報警系統。

2、總體設計

2.1測溫方式的選擇

高壓配電柜柜內設備工作于高溫高壓的環境，對它們溫度的測量存在一定的難度。目前是利用紅外熱成像技術，把物體輻射紅外線的強弱轉化為物體溫度分布圖。這種測溫方法具有非接觸、無損、測溫范圍廣，并能直觀呈現被測物體的溫度分布情況。根據高壓配電柜的工作環境以及對溫度監測準確性、及時性的要求，最終選用紅外熱成像測溫方法，作為本設計的溫度監測方法。

2.2系統結構及功能的設計

在本設計中，上位機監控報警中心實現對8臺35kV高壓配電柜柜內異常溫度的監測。本設計主要由溫度圖像采集模塊、圖像采集控制模塊和上位機監控報警模塊構成。系統總體設計結構如圖1所示。

系統為每個高壓配電柜溫度采集系統分配一個IP地址，通過以太網實現與上位機的圖像數據傳輸。帶有紅外探測器的ARM嵌入式平臺安裝于高壓配電柜柜門的內側，能夠方便有效的對柜內溫度圖像的采集。首先，紅外探測器對高壓配電柜柜內溫度圖像進行采集。其次，把采集到的圖像以點陣形式存儲到S3C2440的SDARM中。再次，把采集到的圖像通過以太網，實現圖像采集系統與上位機之間的圖像信息的傳送。最后，上位機分時接收來自8臺高壓配電柜的紅外熱分布圖，依次將采集到的紅外熱分布圖與預存正常情況下的紅外熱分布圖在采樣區域內進行區域比對。考慮到不同時間段環境溫度的差異，分時段采集多組圖像，分別作為不同時段的比對樣本圖像。當發現采樣區域溫度異常，在監控中心將發出聲光報警信號，實現對8臺高壓配電柜的溫度監測。

3、35kV高壓配電柜柜內溫度異常報警系統

3.1硬件設計

選擇對其中一臺高壓配電柜進行柜內異常溫度監測，作為整個設計系統的子系統。該子系統主要由紅外熱圖像傳感器、S3C2440微控制器、以太網傳輸模塊以及上位機監控中心等模塊構成，實現對高壓配電柜柜內溫度的遠程監測。高壓配電柜異常溫度監測報警子系統的硬件結構如圖2所示：

在本設計中，由下位機和上位機兩部分構成。下位機負責對35kV高壓配電柜柜內紅外圖像的采集，上位機實現對采集到的紅外熱圖像與標準預存的紅外熱圖像進行樣本區域比對。發現溫度異常時，及時啟動聲光報警系統。

3.2軟件設計

針對35kV高壓配電柜柜內溫度監測的要求，本系統的軟件設計任務主要由紅外熱圖像采集任務、紅外熱圖像存儲任務、紅外熱圖像數據包的以太網傳輸任務、上位機紅外熱圖像比對任務和聲光報警任務等構成。每個任務都基于35kV高壓配電柜柜內溫度監測系統的硬件平臺，在μC/OS-Ⅱ軟件操作系統平臺基礎之上開發完成的。在圖像采集模塊，微處理器首先對紅外熱圖像傳感器進行自檢、初始設置、初始化等操作，完成對紅外熱圖像傳感器的設置，保證紅外熱圖像傳感器進入到正常工作狀態，提高紅外熱圖像傳感器對高壓配電柜柜內紅外熱分布圖像的采集準確度。使得采集到的紅外熱圖像，滿足本設計的需求。在進行以太網圖像數據傳輸時，首先實現對DM9000進行初始設置，使該以太網控制芯片進入到數據收發狀態，能夠接受紅外熱圖像數據包的預存儲，以便實現紅外圖像數據包的以太網傳輸。現場工作人員根據監測系統的報警情況，及時采取措施，避免事故的發生。軟件系統的整體構架如圖3所示：

在本設計中，分為下位機的軟件設計和上位機的軟件設計。在下位機中主要包括紅外熱圖像采集任務、紅外熱圖像的存儲任務及紅外熱圖像的以太網傳輸任務。紅外熱圖像采集模塊實現對35kV高壓配電柜柜內紅外熱圖像進行實時采集，采集到的溫度圖像通過存儲任務以點陣的形式存儲到微處理器SDRAM中，利用以太網控制芯片DM9000通過以太網把紅外熱圖像數據包傳送到上位機中。在上位機中主要包括紅外熱圖像的比對任務和聲光報警任務。通過紅外熱圖像比對任務，把采集到的紅外熱圖像與預存的標準的紅外熱圖像在采樣區域依次進行比對，發現采樣區域出現溫度異常，及時發出聲光報警。在上位機整體監控中心，依次完成對8臺高壓配電柜柜內紅外熱圖像的比對，實現對8臺35kV高壓配電柜的監測。

總之，35kV高壓配電柜是供電系統的重要組成部分，對供電的安全性、穩定性和可靠性等都起到重要作用。高壓配電柜出現故障，將會嚴重影響供供電的可靠性，因此進一步加強對其的研究非常有必要。

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