35kV高壓配電柜柜內(nèi)溫度異常報警系統(tǒng)的設(shè)計

伍樹溪

摘要：高壓配電柜通常負(fù)責(zé)一個地區(qū)的供電，是電力系統(tǒng)中重要的組成部分之一。35kV高壓配電柜應(yīng)用較為廣泛，在工業(yè)、國防等領(lǐng)域扮演著重要角色。高壓配電柜正常、安全的運行，對各行業(yè)的發(fā)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(dǎo)致配電柜出現(xiàn)故障，而絕大部分故障都與熱量有關(guān)，因此對高壓配電柜柜內(nèi)的高壓設(shè)備進(jìn)行溫度監(jiān)測，根據(jù)溫度判斷設(shè)備的運行狀況非常重要?；诖吮疚姆治隽?5kV高壓配電柜柜內(nèi)溫度異常報警系統(tǒng)的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：35kV；高壓配電柜柜內(nèi)；報警系統(tǒng)；設(shè)計

1、高壓配電柜溫度監(jiān)測發(fā)展

20世紀(jì)90年代，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，為高壓配電柜的溫度監(jiān)測提供了有力的科技支持。包括溫度傳感器技術(shù)的發(fā)展、數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展、以太網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展、計算機(jī)軟件和硬件的進(jìn)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(chǔ)等。實現(xiàn)了高壓配電柜柜內(nèi)溫度的多點式測量，使得高壓配電柜溫度監(jiān)測更加準(zhǔn)確、全面、穩(wěn)定，同時也使的測溫更加的便捷。

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

2、總體設(shè)計

2.1測溫方式的選擇

高壓配電柜柜內(nèi)設(shè)備工作于高溫高壓的環(huán)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(shù)，把物體輻射紅外線的強弱轉(zhuǎn)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(xiàn)被測物體的溫度分布情況。根據(jù)高壓配電柜的工作環(huán)境以及對溫度監(jiān)測準(zhǔn)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(shè)計的溫度監(jiān)測方法。

2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能的設(shè)計

在本設(shè)計中，上位機(jī)監(jiān)控報警中心實現(xiàn)對8臺35kV高壓配電柜柜內(nèi)異常溫度的監(jiān)測。本設(shè)計主要由溫度圖像采集模塊、圖像采集控制模塊和上位機(jī)監(jiān)控報警模塊構(gòu)成。系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)為每個高壓配電柜溫度采集系統(tǒng)分配一個IP地址，通過以太網(wǎng)實現(xiàn)與上位機(jī)的圖像數(shù)據(jù)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(nèi)側(cè)，能夠方便有效的對柜內(nèi)溫度圖像的采集。首先，紅外探測器對高壓配電柜柜內(nèi)溫度圖像進(jìn)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(wǎng)，實現(xiàn)圖像采集系統(tǒng)與上位機(jī)之間的圖像信息的傳送。最后，上位機(jī)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(yù)存正常情況下的紅外熱分布圖在采樣區(qū)域內(nèi)進(jìn)行區(qū)域比對?？紤]到不同時間段環(huán)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(dāng)發(fā)現(xiàn)采樣區(qū)域溫度異常，在監(jiān)控中心將發(fā)出聲光報警信號，實現(xiàn)對8臺高壓配電柜的溫度監(jiān)測。

3、35kV高壓配電柜柜內(nèi)溫度異常報警系統(tǒng)

3.1硬件設(shè)計

選擇對其中一臺高壓配電柜進(jìn)行柜內(nèi)異常溫度監(jiān)測，作為整個設(shè)計系統(tǒng)的子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)主要由紅外熱圖像傳感器、S3C2440微控制器、以太網(wǎng)傳輸模塊以及上位機(jī)監(jiān)控中心等模塊構(gòu)成，實現(xiàn)對高壓配電柜柜內(nèi)溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)測。高壓配電柜異常溫度監(jiān)測報警子系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示：

在本設(shè)計中，由下位機(jī)和上位機(jī)兩部分構(gòu)成。下位機(jī)負(fù)責(zé)對35kV高壓配電柜柜內(nèi)紅外圖像的采集，上位機(jī)實現(xiàn)對采集到的紅外熱圖像與標(biāo)準(zhǔn)預(yù)存的紅外熱圖像進(jìn)行樣本區(qū)域比對。發(fā)現(xiàn)溫度異常時，及時啟動聲光報警系統(tǒng)。

3.2軟件設(shè)計

針對35kV高壓配電柜柜內(nèi)溫度監(jiān)測的要求，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計任務(wù)主要由紅外熱圖像采集任務(wù)、紅外熱圖像存儲任務(wù)、紅外熱圖像數(shù)據(jù)包的以太網(wǎng)傳輸任務(wù)、上位機(jī)紅外熱圖像比對任務(wù)和聲光報警任務(wù)等構(gòu)成。每個任務(wù)都基于35kV高壓配電柜柜內(nèi)溫度監(jiān)測系統(tǒng)的硬件平臺，在μC/OS-Ⅱ軟件操作系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)之上開發(fā)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(jìn)行自檢、初始設(shè)置、初始化等操作，完成對紅外熱圖像傳感器的設(shè)置，保證紅外熱圖像傳感器進(jìn)入到正常工作狀態(tài)，提高紅外熱圖像傳感器對高壓配電柜柜內(nèi)紅外熱分布圖像的采集準(zhǔn)確度。使得采集到的紅外熱圖像，滿足本設(shè)計的需求。在進(jìn)行以太網(wǎng)圖像數(shù)據(jù)傳輸時，首先實現(xiàn)對DM9000進(jìn)行初始設(shè)置，使該以太網(wǎng)控制芯片進(jìn)入到數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)，能夠接受紅外熱圖像數(shù)據(jù)包的預(yù)存儲，以便實現(xiàn)紅外圖像數(shù)據(jù)包的以太網(wǎng)傳輸?，F(xiàn)場工作人員根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的報警情況，及時采取措施，避免事故的發(fā)生。軟件系統(tǒng)的整體構(gòu)架如圖3所示：

在本設(shè)計中，分為下位機(jī)的軟件設(shè)計和上位機(jī)的軟件設(shè)計。在下位機(jī)中主要包括紅外熱圖像采集任務(wù)、紅外熱圖像的存儲任務(wù)及紅外熱圖像的以太網(wǎng)傳輸任務(wù)。紅外熱圖像采集模塊實現(xiàn)對35kV高壓配電柜柜內(nèi)紅外熱圖像進(jìn)行實時采集，采集到的溫度圖像通過存儲任務(wù)以點陣的形式存儲到微處理器SDRAM中，利用以太網(wǎng)控制芯片DM9000通過以太網(wǎng)把紅外熱圖像數(shù)據(jù)包傳送到上位機(jī)中。在上位機(jī)中主要包括紅外熱圖像的比對任務(wù)和聲光報警任務(wù)。通過紅外熱圖像比對任務(wù)，把采集到的紅外熱圖像與預(yù)存的標(biāo)準(zhǔn)的紅外熱圖像在采樣區(qū)域依次進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)采樣區(qū)域出現(xiàn)溫度異常，及時發(fā)出聲光報警。在上位機(jī)整體監(jiān)控中心，依次完成對8臺高壓配電柜柜內(nèi)紅外熱圖像的比對，實現(xiàn)對8臺35kV高壓配電柜的監(jiān)測。

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

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