基于无线式在线温度测控装置设计与应用

马立方,张 东（丰县供电公司,江苏 徐州221000）

基于无线式在线温度测控装置设计与应用

马立方,张 东
（丰县供电公司,江苏 徐州221000）

摘 要：电力设备本体及接头等部位都具有裸露高压，通常的温度测量方法都无法有效解决高压绝缘问题，是设备在运行期间存在的重大隐患。针对城乡电网变电设备数量众多、布局分散的现状，设计开发了配变设备无线式在线温度测控装置。该装置采用2.4G无线通信将温度数据发送给无线温度采集器，然后将温度采集器的温度进行收集、显示并通过RS485通信总线进行组网，从而将数据收集到当地后台进行全站的显示及监控或接入通信管理机进行远传以实现更好的实时监测。

关键词：无线测温系统；数据监测；嵌入式系统；STM32；μC/OS-II

0 引言

电力设备的安全可靠性是大规模输配电和电网安全保障的重要环节。在现代电力传输系统中,高压开关柜是发电厂、变电所中的重要设备, 而柜内导电连接处的接触特性直接影响到开关柜工作的可靠性。由此产生的故障时有发生。这些故障一方面来自开关柜本身的质量问题, 更重要的原因在于目前缺乏针对开关柜的有效监测手段。其中对柜体接触头及母排的温度监测是尤为重要的，为此我们设计开发的无线式在线温度测控装置能有效实时的对其进行温度的监测。

1　简介

目前针对温度监测的方式大致分为三类：柜外红外成像、柜内红外探头测温、传感器触点测温。前两种测温方式都是基于红外线方式，对其光线的采集要求较高，而且柜体内往往遮挡较多，光线不是很好因此这不利于推广。而第三种方式通过传感器触点测温将传感器接触在想要测的测温点，然后再将采集到的温度通过无线的方式在传到采集器上，这样就能很好的监测到柜体内各点的温度。

2　系统原理

本设计基于业内领先的微计算机技术、无线通信技术、超低功耗设计等技术实现，可安全可靠的应用于发电厂、配变电站、厂矿企业配 变电室、电缆、变压器、断路器、互感器、电力电容等电力设备的在线温度检测。可24小时全天候、无遗漏地在线监测温度，并实现超温报警。

无线测温产品由无线温度传感器和无线温度采集器两部分构成。无线温度传感器直接安装在温度监测点上，采用电池供电，并通过2.4GHz无线通信将温度数据发送给无线温度采集器。一般每个开关柜或电力设备上安装一台无线温度采集器，将本设备上各监测点的温度进行收集、显示。多台设备上安装的无线温度采集器之间可以通过RS485总线进行组网，从而将数据收集到当地后台进行全站的显示或接入通信管理机中进行远传。

3　设计方案

本无线式在线温度测控装置主要由温度传感器和温度采集器两部分组成。

3.1 温度传感器部分

温度传感器采用的是ADT7410芯片进行温度检测，并通过2.4GHz信号向外进行发送给温度采集器。无线温度传感器采用长寿命锂电池独立供电，与采集器之间无电的直接联系，因此不会对设备绝缘带来影响。传感器的关键部件采用阻燃、耐高温设计，电池可长期短路无爆炸风险，可长期安全可靠运行。

温度传感器的硬件设计采用的是CC2530和CC2591射频芯片，通过这两个芯片向外发射无线信号给温度采集器。该两款芯片的主要特点是：

（1）高达256kB的闪存和20kB的擦除周期，以支持无线跟新和大型应用程序；

（2）8kBRAM用于更为复杂的应用和Zigbee应用；

（3）在掉电模式下，只有睡眠定时器运行时，仅有不到1uA的电流损耗。

3.2 温度采集器部分

无线温度采集器通过2.4GHz无线通信接收传感器的温度信号，最多可接入36只无线温度传感器，默认情况下接入6只。无线温度采集器具有RS485通讯接口，用于和通信管理机或上位机通讯。当采用RS485通讯时，波特率可选300、600、1200、2400、4800、9600bps，默认情况下为2400bps。

本温度采集器采用的芯片STM32F103RC，是STM32系列专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的。此次设计采用的芯片工作频率为72MHz，内置高达256K字节的Flash存储器和48K字节的SRAM，具有丰富的通用I/O端口。此外，本平台移植的μC/ OS-II嵌入式实时操作系统，是一个基于抢占式的实时多任务内核，可固化、可裁剪、高稳定性和可靠性。

4　性能指标

4.1 温度传感器

（1）温度测量范围-40～125度；

（2）温度测量精度0.5度；

（3）静态功耗＜2uA，平均功耗＜10uA；

（4）使用年限＞6年；

（5）测量周期半分钟，温度死区1度，定时发送周期4分钟左右。

4.2 温度采集器

（1）可管理传感器数最多36只；（2）图形点阵LCD显示；（3）通讯口：RS485波特率支持，300、600、1200、2400、4800、9600；最大接点数：32个；最远通信距离：小于1200米（取决于现场条件）；（4）工作电源：DC/AC 220V±20%；（5）整机功耗＜5W；（6）采集器重量＜0.5KG；（7）环境条件：工作温度：-20～55度，相对湿度：5%～95%无凝露，储存温度：-40～80度；（8）工频耐压及耐冲击能力。

耐压能力：AC2000V, 1Min。

浪涌冲击：DL/T 721-2000雷击浪涌冲击试验标准第4级（4kV）。

5　结束语

文中采用的嵌入式实时操作系统，既能够实时调度资源响应突发事故，又保证了低功耗，延长了温度传感器的使用寿命。达到了无线温度测控的目的。

参考文献：

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