成套开关设备智能化温度检测研究

孔丽丹

摘 要：针对成套开关设备温度在线动态检测的必要性和特点，结合DS18B20数字智能化温度传感器和ZigBee网络，提出了成套开关设备智能化温度检测方案。系统采用DS18B20温度传感器采集开关设备易发热部位的温度，并通过ZigBee通信网络将数据传输给集控中心的上位机系统，实现现地与集控中心温度数据的实时显示和运算分析，确保开关设备乃至整个配电网熊的安全可靠运行。

关键词：成套开关设备 智能化 温度检测系统 DS18B20 ZigBee网络

中图分类号：TM59 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（b）-0107-01

1 成套开关设备发热原因分析

从大量案例分析和实际工作经验可知，成套开关设备发生故障或事故的主要原因，往往是由于开关设备内部连接部位，如：隔离开关、断路器动静触头、电缆分支接头、母联等部位，长时间在大负荷电流的作用下，温升效应不断加强，温度不断升高，进而引起开关设备绝缘老化、操控机构磨损、过负荷、过电压等，引起元器件接触电阻增大，运行热量不断积累，导致绝缘过热破坏设置绝缘、结构等出现烧损问题，造成设备发生线间或相间短路故障，严重时可能瞬间引起火灾。为了提高成套开关设备运行的安全可靠性，加强开关设备易发热部位的温度监测就显得尤为重要。常规成套开关设备连接部分处发热运行工况，主要由值班人员定期采用红外热像仪、测温仪或示温贴片等技术手段，对开关设备的温度进行静态监测。由于开关设备工作环境是一个集电、磁、热等为一体的复杂环境，常规人工定期监测只能测量某一时刻的温度状况，也即只能对慢性温升故障进行监测分析，而对于瞬时温升故障的监测在实时性、准确性等方面均很难实现，不能实现实时动态监测，更不能根据监测结果及时通过通信网络告警。通过案例分析结果可知，成套开关设备的温升事故起因，主要由于小车隔离插头不到位、动静触头有效接触面积降低、母线分支接头不牢固等引起，进而引起设备或元件在强烈热效应下发生老化。

2 成套开关设备智能化温度检测方案

对于成套开关设备中触头、接头等部位的运行温度进行实时动态检测，对保障成套开关设备的安全可靠运行，乃至整个配电系统的安全稳定调控运行均具有非常重要的实践应用研究意义。智能化温度检测系统，实在传统接触方式的温度检测手段的基础上，结合ZigBee网络通信技术发展起来的温度在线动态监测系统，整个系统由安装在集控中心的上位机、ZigBee网关、ZigBee网络、测温点、电力开关设备等共同组成，其逻辑组成结构如图1所示。

基于ZigBee网络通信技术的智能化实时动态温度检测系统，能够连续检测成套开关设备内部触头、连接点等部位的实时运行温度，同时可以通过内部DSP数据处理单位自动分析判断触头、连接点等部位的过热程度，一旦发现存在温度不断升高趋势或超温现象时，检测系统就会自动发出告警信号，提示运行人员及时查看相关部位的问题并及时处理。

3 成套开关设备智能化温度检测系统的功能单位

3.1 数字智能化温度传感器

随着传感器技术研究的进一步深入，传统的模拟式温度传感器已逐步向集成一体的数字式温度传感器所取代。数字智能化温度传感器在测量实时性、准确性、电路结构等方面均要优于传统的模拟式温度传感器。由于直接采用数字智能化温度传感器，优化了传统模拟式温度检测系统中电路结构，减少了A/D模/数转换电路及必要的调理电路，数字智能化传感器其数字式输出数字信号可以被DSP数据处理单位直接采用，并可以根据预设功能要求对相关信号进行动态运算分析，形成对应的调控策略，避免了常规模拟式温度采集电路中电路设计中存在的协调优化问题。防水封装DS18B20数字温度传感器，其在成套开关设备智能化温度检测系统中的应用，不仅可以实现封闭式开关及隐蔽性开关接点温度的在线实时检测，同时还可以将相关数据通过ZigBee通信网络传输到集控中心的上位计算机中，实现温度限制设置、实时温度数据查询、历史温度数据分析等操作、查询、分析计算功能。

3.2 ZigBee通信网络

在传统接触式温度检测方案的基础上，结合ZigBee通信网络实时检测安装在成套开关设备内部易发热的测温点上，对这些测温点的温度变化进行实时在线检测，及时掌握开关设备的运行工况状态，并将DS18B20温度传感器采集的温度数据经ZigBee网关进行接受、远程传输共享和实时处理分析，实现开关设备就地和远端温度数据的同步共享，显示测温点部位的实时温度值。当检测系统发现采集的温度数据超过系统预先设置的限值时，就会自动产生相应的告警信号，通过声、光等信号，提醒运行人员对系那个过部位进行现场查看，及时排除可能存在的安全隐患及故障。另外，ZigBee通信网络具有节点容量大、自动协议转换组网、自动路由、以及故障自检自愈等功能，且其通信信号在强磁场、高电压、大热量等环境中具有较好的传播性能，数据传输速率高、能力强、可靠性高，能很好解决温度检测系统绝缘、抗干扰等问题，是实现成套开关设备智能温度在线动态检测监测较为优越的通信方案。

4 结语

智能化温度检测系统在成套开关设备上的安装、调速和实施应用后，能很好地解决成套开关设备封闭空间内触头、接头等易发热部位的温度在线动态检测难题，实现了对开关设备温度的在线动态检测，及时掌握开关设备易发热部位的运行工况，正确了解温度发展趋势，有效地避免了由于异常发热引起触头烧损或开关爆炸等恶性事故的发生，可以有效保障成套开关设备的安全可靠运行，乃至整个配电系统的安全稳定调控运行。

参考文献

[1] 邢晓敏，李波，陈静.电力高压触点无线温度监测系统的研发[J].电力系统保护与控制，2010，38（22）：174-178.

[2] 郑义，王小华，许玉玉，等.成套开关设备温度在线检测用接触式传感器的研制[J].高压电器，2004（1）：20-21.

[3] 王小华，许玉玉，荣命哲，等.成套开关设备温度在线检测系统[J].电气制造，2006（1）：49-52.endprint

摘 要：针对成套开关设备温度在线动态检测的必要性和特点，结合DS18B20数字智能化温度传感器和ZigBee网络，提出了成套开关设备智能化温度检测方案。系统采用DS18B20温度传感器采集开关设备易发热部位的温度，并通过ZigBee通信网络将数据传输给集控中心的上位机系统，实现现地与集控中心温度数据的实时显示和运算分析，确保开关设备乃至整个配电网熊的安全可靠运行。

关键词：成套开关设备 智能化 温度检测系统 DS18B20 ZigBee网络

中图分类号：TM59 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（b）-0107-01

1 成套开关设备发热原因分析

从大量案例分析和实际工作经验可知，成套开关设备发生故障或事故的主要原因，往往是由于开关设备内部连接部位，如：隔离开关、断路器动静触头、电缆分支接头、母联等部位，长时间在大负荷电流的作用下，温升效应不断加强，温度不断升高，进而引起开关设备绝缘老化、操控机构磨损、过负荷、过电压等，引起元器件接触电阻增大，运行热量不断积累，导致绝缘过热破坏设置绝缘、结构等出现烧损问题，造成设备发生线间或相间短路故障，严重时可能瞬间引起火灾。为了提高成套开关设备运行的安全可靠性，加强开关设备易发热部位的温度监测就显得尤为重要。常规成套开关设备连接部分处发热运行工况，主要由值班人员定期采用红外热像仪、测温仪或示温贴片等技术手段，对开关设备的温度进行静态监测。由于开关设备工作环境是一个集电、磁、热等为一体的复杂环境，常规人工定期监测只能测量某一时刻的温度状况，也即只能对慢性温升故障进行监测分析，而对于瞬时温升故障的监测在实时性、准确性等方面均很难实现，不能实现实时动态监测，更不能根据监测结果及时通过通信网络告警。通过案例分析结果可知，成套开关设备的温升事故起因，主要由于小车隔离插头不到位、动静触头有效接触面积降低、母线分支接头不牢固等引起，进而引起设备或元件在强烈热效应下发生老化。

2 成套开关设备智能化温度检测方案

对于成套开关设备中触头、接头等部位的运行温度进行实时动态检测，对保障成套开关设备的安全可靠运行，乃至整个配电系统的安全稳定调控运行均具有非常重要的实践应用研究意义。智能化温度检测系统，实在传统接触方式的温度检测手段的基础上，结合ZigBee网络通信技术发展起来的温度在线动态监测系统，整个系统由安装在集控中心的上位机、ZigBee网关、ZigBee网络、测温点、电力开关设备等共同组成，其逻辑组成结构如图1所示。

基于ZigBee网络通信技术的智能化实时动态温度检测系统，能够连续检测成套开关设备内部触头、连接点等部位的实时运行温度，同时可以通过内部DSP数据处理单位自动分析判断触头、连接点等部位的过热程度，一旦发现存在温度不断升高趋势或超温现象时，检测系统就会自动发出告警信号，提示运行人员及时查看相关部位的问题并及时处理。

3 成套开关设备智能化温度检测系统的功能单位

3.1 数字智能化温度传感器

随着传感器技术研究的进一步深入，传统的模拟式温度传感器已逐步向集成一体的数字式温度传感器所取代。数字智能化温度传感器在测量实时性、准确性、电路结构等方面均要优于传统的模拟式温度传感器。由于直接采用数字智能化温度传感器，优化了传统模拟式温度检测系统中电路结构，减少了A/D模/数转换电路及必要的调理电路，数字智能化传感器其数字式输出数字信号可以被DSP数据处理单位直接采用，并可以根据预设功能要求对相关信号进行动态运算分析，形成对应的调控策略，避免了常规模拟式温度采集电路中电路设计中存在的协调优化问题。防水封装DS18B20数字温度传感器，其在成套开关设备智能化温度检测系统中的应用，不仅可以实现封闭式开关及隐蔽性开关接点温度的在线实时检测，同时还可以将相关数据通过ZigBee通信网络传输到集控中心的上位计算机中，实现温度限制设置、实时温度数据查询、历史温度数据分析等操作、查询、分析计算功能。

3.2 ZigBee通信网络

在传统接触式温度检测方案的基础上，结合ZigBee通信网络实时检测安装在成套开关设备内部易发热的测温点上，对这些测温点的温度变化进行实时在线检测，及时掌握开关设备的运行工况状态，并将DS18B20温度传感器采集的温度数据经ZigBee网关进行接受、远程传输共享和实时处理分析，实现开关设备就地和远端温度数据的同步共享，显示测温点部位的实时温度值。当检测系统发现采集的温度数据超过系统预先设置的限值时，就会自动产生相应的告警信号，通过声、光等信号，提醒运行人员对系那个过部位进行现场查看，及时排除可能存在的安全隐患及故障。另外，ZigBee通信网络具有节点容量大、自动协议转换组网、自动路由、以及故障自检自愈等功能，且其通信信号在强磁场、高电压、大热量等环境中具有较好的传播性能，数据传输速率高、能力强、可靠性高，能很好解决温度检测系统绝缘、抗干扰等问题，是实现成套开关设备智能温度在线动态检测监测较为优越的通信方案。

4 结语

智能化温度检测系统在成套开关设备上的安装、调速和实施应用后，能很好地解决成套开关设备封闭空间内触头、接头等易发热部位的温度在线动态检测难题，实现了对开关设备温度的在线动态检测，及时掌握开关设备易发热部位的运行工况，正确了解温度发展趋势，有效地避免了由于异常发热引起触头烧损或开关爆炸等恶性事故的发生，可以有效保障成套开关设备的安全可靠运行，乃至整个配电系统的安全稳定调控运行。

参考文献

[1] 邢晓敏，李波，陈静.电力高压触点无线温度监测系统的研发[J].电力系统保护与控制，2010，38（22）：174-178.

[2] 郑义，王小华，许玉玉，等.成套开关设备温度在线检测用接触式传感器的研制[J].高压电器，2004（1）：20-21.

[3] 王小华，许玉玉，荣命哲，等.成套开关设备温度在线检测系统[J].电气制造，2006（1）：49-52.endprint

摘 要：针对成套开关设备温度在线动态检测的必要性和特点，结合DS18B20数字智能化温度传感器和ZigBee网络，提出了成套开关设备智能化温度检测方案。系统采用DS18B20温度传感器采集开关设备易发热部位的温度，并通过ZigBee通信网络将数据传输给集控中心的上位机系统，实现现地与集控中心温度数据的实时显示和运算分析，确保开关设备乃至整个配电网熊的安全可靠运行。

关键词：成套开关设备 智能化 温度检测系统 DS18B20 ZigBee网络

中图分类号：TM59 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（b）-0107-01

1 成套开关设备发热原因分析

从大量案例分析和实际工作经验可知，成套开关设备发生故障或事故的主要原因，往往是由于开关设备内部连接部位，如：隔离开关、断路器动静触头、电缆分支接头、母联等部位，长时间在大负荷电流的作用下，温升效应不断加强，温度不断升高，进而引起开关设备绝缘老化、操控机构磨损、过负荷、过电压等，引起元器件接触电阻增大，运行热量不断积累，导致绝缘过热破坏设置绝缘、结构等出现烧损问题，造成设备发生线间或相间短路故障，严重时可能瞬间引起火灾。为了提高成套开关设备运行的安全可靠性，加强开关设备易发热部位的温度监测就显得尤为重要。常规成套开关设备连接部分处发热运行工况，主要由值班人员定期采用红外热像仪、测温仪或示温贴片等技术手段，对开关设备的温度进行静态监测。由于开关设备工作环境是一个集电、磁、热等为一体的复杂环境，常规人工定期监测只能测量某一时刻的温度状况，也即只能对慢性温升故障进行监测分析，而对于瞬时温升故障的监测在实时性、准确性等方面均很难实现，不能实现实时动态监测，更不能根据监测结果及时通过通信网络告警。通过案例分析结果可知，成套开关设备的温升事故起因，主要由于小车隔离插头不到位、动静触头有效接触面积降低、母线分支接头不牢固等引起，进而引起设备或元件在强烈热效应下发生老化。

2 成套开关设备智能化温度检测方案

对于成套开关设备中触头、接头等部位的运行温度进行实时动态检测，对保障成套开关设备的安全可靠运行，乃至整个配电系统的安全稳定调控运行均具有非常重要的实践应用研究意义。智能化温度检测系统，实在传统接触方式的温度检测手段的基础上，结合ZigBee网络通信技术发展起来的温度在线动态监测系统，整个系统由安装在集控中心的上位机、ZigBee网关、ZigBee网络、测温点、电力开关设备等共同组成，其逻辑组成结构如图1所示。

基于ZigBee网络通信技术的智能化实时动态温度检测系统，能够连续检测成套开关设备内部触头、连接点等部位的实时运行温度，同时可以通过内部DSP数据处理单位自动分析判断触头、连接点等部位的过热程度，一旦发现存在温度不断升高趋势或超温现象时，检测系统就会自动发出告警信号，提示运行人员及时查看相关部位的问题并及时处理。

3 成套开关设备智能化温度检测系统的功能单位

3.1 数字智能化温度传感器

随着传感器技术研究的进一步深入，传统的模拟式温度传感器已逐步向集成一体的数字式温度传感器所取代。数字智能化温度传感器在测量实时性、准确性、电路结构等方面均要优于传统的模拟式温度传感器。由于直接采用数字智能化温度传感器，优化了传统模拟式温度检测系统中电路结构，减少了A/D模/数转换电路及必要的调理电路，数字智能化传感器其数字式输出数字信号可以被DSP数据处理单位直接采用，并可以根据预设功能要求对相关信号进行动态运算分析，形成对应的调控策略，避免了常规模拟式温度采集电路中电路设计中存在的协调优化问题。防水封装DS18B20数字温度传感器，其在成套开关设备智能化温度检测系统中的应用，不仅可以实现封闭式开关及隐蔽性开关接点温度的在线实时检测，同时还可以将相关数据通过ZigBee通信网络传输到集控中心的上位计算机中，实现温度限制设置、实时温度数据查询、历史温度数据分析等操作、查询、分析计算功能。

3.2 ZigBee通信网络

在传统接触式温度检测方案的基础上，结合ZigBee通信网络实时检测安装在成套开关设备内部易发热的测温点上，对这些测温点的温度变化进行实时在线检测，及时掌握开关设备的运行工况状态，并将DS18B20温度传感器采集的温度数据经ZigBee网关进行接受、远程传输共享和实时处理分析，实现开关设备就地和远端温度数据的同步共享，显示测温点部位的实时温度值。当检测系统发现采集的温度数据超过系统预先设置的限值时，就会自动产生相应的告警信号，通过声、光等信号，提醒运行人员对系那个过部位进行现场查看，及时排除可能存在的安全隐患及故障。另外，ZigBee通信网络具有节点容量大、自动协议转换组网、自动路由、以及故障自检自愈等功能，且其通信信号在强磁场、高电压、大热量等环境中具有较好的传播性能，数据传输速率高、能力强、可靠性高，能很好解决温度检测系统绝缘、抗干扰等问题，是实现成套开关设备智能温度在线动态检测监测较为优越的通信方案。

4 结语

智能化温度检测系统在成套开关设备上的安装、调速和实施应用后，能很好地解决成套开关设备封闭空间内触头、接头等易发热部位的温度在线动态检测难题，实现了对开关设备温度的在线动态检测，及时掌握开关设备易发热部位的运行工况，正确了解温度发展趋势，有效地避免了由于异常发热引起触头烧损或开关爆炸等恶性事故的发生，可以有效保障成套开关设备的安全可靠运行，乃至整个配电系统的安全稳定调控运行。

参考文献

[1] 邢晓敏，李波，陈静.电力高压触点无线温度监测系统的研发[J].电力系统保护与控制，2010，38（22）：174-178.

[2] 郑义，王小华，许玉玉，等.成套开关设备温度在线检测用接触式传感器的研制[J].高压电器，2004（1）：20-21.

[3] 王小华，许玉玉，荣命哲，等.成套开关设备温度在线检测系统[J].电气制造，2006（1）：49-52.endprint