淺談基于紅外測溫技術的開關柜溫度監測系統設計問題

云南電網有限責任公司昆明供電局 張 旭

社會經濟和電力行業的飛速發展，使得全封閉式高壓開關柜被廣泛運用至各個電壓等級變電站供電系統中，在配電網中彰顯出極為重要的作用和價值。現階段國內變電站實際運用到的測溫手段是示溫變色蠟片法和紅外測溫法等，示溫變色蠟片法的實際溫差較為明顯，實用性并不理想；紅外測溫法難以實現合理測量目的，無法透過設備外殼分析出設備的高溫情況，因此體現出限制性。需要根據實際的工作需要，設計出較為合理、實用性強、精度理想的溫度監測系統，方便對開關柜中的溫度實現非接觸式測量，保證用電的安全與可靠。

開關柜溫度監測系統重點使用了非接觸式紅外測溫和GSM 遙信傳輸等技術手段，實現對開關柜中易產生的高溫缺陷部位實時測溫，保證及時的掌握相關的情況。此類系統在設備現場可及時將報警信號發布到位，同時還可讓溫度數據實現遠程傳輸，方便運維人員及時采取應對措施，合理地消除高溫缺陷。通過將該類系統科學的使用，設計過程中的相關要領值得進一步探索和分析。

1 紅外測溫開關柜溫度監測系統的概念及特點

1.1 概念

紅外溫度監測系統重點是通過一定數量的可獨立工作網絡紅外熱像儀監控系統作為重要的前提條件，運用星型拓撲聯接的電網輔助監控系統，使得開關柜中某些部位得以合理的監控到位。紅外溫度監測系統一般會運用到非接觸式監測方式，實現與高壓系統的科學分離，彰顯出理想化的作業速度，測量的范圍十分廣泛，不會對被測設備產生一定的干擾作用，可明顯提升相關監測工作效能。紅外溫度監測系統一般會運用至大型變電站設備中，對維護和管理工作起到了深刻的影響。

1.2 特點

容錯性。基于紅外測溫技術的開關柜溫度監測系統體現出理想的容錯性特征，適當地避免了誤操作產生的影響，能夠合理規避系統崩潰的問題[1]。

功能性。監控中心系統可對各個變電站的圖像信息合理的監測，同時還可實現實時監測目的，保證了圖像信息的及時獲取和分析。任意開關柜的紅外歷史圖像也可回放，為相關工作的開展提供了便利條件。對溫度信息能夠實時的分析，體現出存儲熱成像和生成報告等多種多樣的功能。系統本身的具備的自動巡檢功能較為強大，能在設定的特定間隔時間中對全站的監控點完成圖像巡檢，由此保證了相關工作開展的時效性，也可實現對巡檢對象的任意設定，體現出極為優良的應用成效。

音畫聯動。系統能依照報警信號的基本位置合理切換監控的具體畫面，保證做到音畫”聯動。在接收相應的報警信號后還可將紅外裝置進行錄像的位置加以指定，保證更好地為后期調查創造出理想條件。報警信號可實現自動化保存，之后生成相應的處理報告，以此為基本任務的落實穩固基礎。

2 紅外測溫開關柜溫度監測系統的應用價值及介紹

開關柜溫度監測系統實時監控并分析開關柜溫度情況，能直接影響到電力系統的安全運行，同時還能讓開關柜獲取較為可靠的支持。變電站的開關柜數量較多，多數變電站的開關柜并未設置紅外在線監測系統，多是采取人工手持測溫儀器進行測溫分析，巡檢的方式為不定期溫度檢測，測溫僅是對開關柜觀察窗內的情況進行分析，關于柜內設備的具體狀態無法掌握，精準度并不理想[2]。此類人工測溫的手段并不能保證精準性，同時還存在較多不確定性，難以及時、實時的反饋開關柜中相關設備的溫度情況，也無法讓工作人員判斷出柜內的異常和故障問題，在處理應急事件和突發情況時常體現出滯后性，埋下更多的安全隱患。

高壓開關柜屬于變電站系統中非常關鍵的組成部分，對于安全性提出了極為嚴格的要求。據某供電局歷年的實際運行情況分析，開關柜中設備的發熱缺陷時常表現出來，直接威脅到電網的平穩運行過程。現階段很多的變電站開關柜未能設置紅外測溫窗口，即便部分開關柜中設置了對應的監測窗口，但測溫成效并不顯著，柜內設備的測溫工作無法合理推進。需在開關柜中合理安裝在線測溫監測裝置，通過實時關注現場運行的設備情況，借助于非接觸式測溫過程明確溫度變化的趨勢。如發現溫度的異常狀態，系統能及時將報警信號傳輸給值班人員，由此為其處理相關的事件爭取時間，避免安全事故。可見合理的配置或是開發具有實用價值的在線監測系統，能滿足當前變電站穩定運行的需要，同時還能確保安全生產的目的順利達成。

紅外測溫技術下開關柜溫度監測系統的基本組成部分有溫度采集模塊、數據處理模塊和數據顯示模塊、聲光報警模塊等。在變電站中，該系統重點是運用了紅外測溫技術，能與測量點保持著一定的距離，實現非接觸式測溫目的，妥善處理了高壓隔離和傳感器溫度較高的問題，響應速度較高且精度十分理想[3]。裝置一般會安裝于金屬柜門內側，通過實時監測并顯示出開關柜中關鍵部位溫度，對于開關柜的具體運行狀態不會產生任何的影響。

數據顯示模塊通常會布置于透視觀察窗口處，由此為運維人員的檢查記錄工作提供便利。在裝置中設計有聲光報警模塊，目的是在溫度達到或即將超出設定值后發出相應的報警信號，由此方便巡視人員及時掌握基本情況，明確高溫缺陷所在，采取合理化的應對方案妥善解決相關的異常問題，如溫度已達到或明顯低于報警溫度值時裝置會及時將報警信號自動取消。該裝置中設計了GSM 遙信報警模塊，如出現高溫情況能及時將溫度數據通過短信的形式加以發送，使運維人員直接掌握第一手資料，在短時間內進入現場檢查并處理相關問題。短信查詢功能的存在便利了工作人員的處理過程，能遠距離查詢開關柜中的溫度，對于一切情況及時的掌控。

3 基于紅外測溫技術的開關柜溫度監測系統設計問題

開關柜溫度監測系統能將巡視收集到的紅外熱像處理分析為溫度信息，使其自動生成特定測溫目標溫度圖和報告。系統自動巡檢階段若是發現具體部件測得的溫度超出了預設數值，系統便會自動向系統中心發送相應報警信號。開關柜的溫度監測系統涵蓋紅外測溫探頭和數據采集系統等，開關柜應適當配置完整的溫度監測設備，方便對開關柜的基本運行情況詳細的掌握[4]。

3.1 系統整體設計

測溫探頭。為收獲更加科學的數據信息需合理運用探頭裝置，這對于信息的獲取具有較大幫助。應及時安裝紅外在線測溫探頭，使其負責好開關柜溫度的監測工作，探頭應和電腦相互連接，借助于RS485網絡線將熱成像數據傳輸至數據采集系統的內部。整個過程需重點注意紅外測溫設備的情況，必須使其覆蓋開關柜的重要監測位置。

數據采集系統。數據采集屬于一項至關重要的任務，主要由監視中心控制電腦完成基本操作，實現對數據的合理傳輸。數據采集最為重要的一點便是將紅外裝置傳輸的圖像加以傳遞，同時還需對其展開科學的處理，保證其顯示的成果符合基本的需求，能反映出基本的溫度數值。設置報警裝置后，監測溫度達到上限后會及時傳送警報，將獲取到的數據資料和報警信號遠程傳遞給數據監測管理系統。

數據監測管理系統。數據監測管理系統的作用顯著，其主要是完成信息的管理和處理，能直接影響到變電站運行狀態，為后續工作的開展提供可靠的參考意見。在這個系統中，最為重要的工作內容便是借助于中心電腦讓數據采集系統傳遞的數據內容得以有效的整理并合理的分析，通過網絡總線的通訊口使得處理的結果及時地取得，之后將其傳送至整個變電站的綜合自動化系統內部。

3.2 硬件設計

開關柜的溫度監測系統結構較為復雜，但結合其基本的作業流程加以分析，能詳細解讀出不同設計方案的意義[5]。紅外傳感器MLX90614屬于非接觸式紅外線溫度感應芯片，其本身的測溫范圍達到-40～125℃。MLX90614在信號調節芯片中合理運用了較為先進的低噪音放大器，能彰顯出自身的應用優勢，除低噪音外還能將相關信息放大處理，便于運維人員掌握實際的情況。17-bitADC 和功能強大的DSP 元件在其中發揮出積極的利用價值，讓高精度溫度測量的目的順利的達成。TC35是Siemens 公司推出的無線通信GSM 模塊，能快速、安全實現系統中數據傳輸的服務，同時還能將短消息服務落實到位，體現出較強的穩定性，不會受到其他因素的干擾，擁有著較為廣闊的覆蓋面。

單片機芯片STC89C52RC 抗干擾能力超強，寬電壓且不易受到電源抖動的影響，寬溫度范圍在-40℃到85℃。其在具體應用時可對其他模塊進行科學的控制，完成溫度在線監測的指標，同時也具備高溫報警功能。聲光報警模塊讓聲音和燈光完美結合起來，通過彰顯出各自的優勢，在聲音的反饋中初步確定報警的來源，之后對燈光信號合理的觀察實現精準定位，尋找到高溫故障的開關柜。裝置借助于強磁鐵吸附的功能，實現在金屬柜門內側的合理固定，整個安裝的過程十分的簡易。

3.3 軟件設計

系統運行程序設計流程較為復雜，當完成系統初始化后便會逐步進入到無限循環的溫度采集流程中，這個遞進的過程就是系統具體作業的過程。運用Keil C51軟件編譯C 語言程序，設定出具體的溫度限定值，分別是T1和T2。根據實際需求劃分出三個不同的溫度狀態，正常溫度為T ≤T1時綠燈亮起，蜂鳴器不會發出任何聲響；異常高溫是T1T2，此時紅燈亮起，蜂鳴器發出聲響。間隔一段時間后報警短信息發送給運維人員，格式是“Normal temp＜45 ℃，Atemp=31.5 ℃，Btemp=31.2 ℃，Ctemp=31.6℃”。此系統的遙測功能顯著，可實現遠程查詢的目標，對溫度數據進行實時分析。

4 基于紅外測溫技術的開關柜溫度監測系統的應用

紅外測溫技術的開關柜溫度監測系統的應用應結合設計的過程展開詳細分析，同時明確變電站的基本運行狀態，確保相應的系統能夠發揮出理想的應用價值，凸顯出自身的優勢之處。

現場應用：將開關柜溫度監測系統分別放置于高壓開關柜中試運行，對開關柜中三相電纜接頭溫度展開實時監測，可明確具體的功能達標情況，了解到基本的運行狀態。以某變電站的具體實踐情況分析，紅外測溫技術的開關柜溫度監測系統運用效果顯著，實現了預期的功能，運行的狀態理想。因當前實際選用的開關柜運行狀態優良，電纜溫度始終處于合理化范圍內未收到報警信號，裝置的實際運用效果符合預期。在變電站中因多種設備的存在，使得維護和管理的難度明顯提升，若遇到異常情況時未能合理的解決將會給整個變電站造成影響，甚至會威脅到人身安全，需重視先進系統的科學運用，使用合理手段保證設備穩定可靠的運行。

效果檢驗：為更好驗證系統成果，應結合上述提及到的設計方案結合變電站情況合理的分析，促使系統在實際運用時真正發揮出監測效力，保證滿足紅外測溫技術下開關柜溫度監測標準。運用溫度校驗儀MX824-J 模擬產生高溫分析裝置測溫的準確度和實際報警情況，設定的溫度限定值分別是T1=45℃、T2=75℃。根據基本的檢查情況概述，誤差范圍控制在0.6～-0.6℃，實際的精準度可靠符合現場應用的基本要求。溫度報警動作正確，短信發送情況合理，在延時范圍內動作到位。溫度監測系統對開關柜中電纜頭的溫度檢測精度和報警準確性均符合現場的基本應用。