基于红外传感器的高压开关柜温度实时监测网络的研制

惠勇锋+马琰+孔令强

摘 要：红外传感器灵敏性较高，对于温度的监测与测试有良好的效果，同时能够有效的推动高压开关柜温度实时监测网络的自动化发展，对于确保其稳定运行有着重要作用，因此本文就基于红外传感器的高压开关柜温度实时监测网络展开探究，并总结出红外传感器的高压开关柜温度实时监测网络的研制与简单的操作流程。

关键词：红外；传感器；高压开关柜；温度；实时监测；网络；研制

高压开关柜温度监测问题由来已久，建立自动化温度实时监控网络势在必行，而本文中的温度监测系统可在多种环境下独立运行，并对温度的变化进行判断，在温度超过临界值时，会在第一时间采取一定的保护措施，以确保高压开关柜的稳定使用，对于提高高压开关柜的稳定性与使用寿命有着重要意义。

1 系统结构及功能简介

在整体构架中，6个测温探头分别安置在设备的底端，从分布图中可较为详细的看出，6个测温探头分别对应三个不同的开关触头。在得到温度数据后，首先通过RS485总线对数据进行传输，由采集单元进行处理，而后通过参数设置系统将警报温度进行设置，并将数据传送至主控单元进行记录分析，利用多个采集单元进行信息整合，以相关电力标准协议为基础，进而实现RS485总线对该系统的智能化与自动化控制。

该系统的主要侦测对象以三相隔离的开关为主，以RS485总线为控制基础，通过收集采集单元的信息，来对数据进行分析，按TIA/EIA-485串行通信标准进行执行。该系统的设立仅以试验为主，至于收发器的数量及单总线等，均可根据实际情况进行设置与修改，从而使其符合实际的需要。

2 系统的硬件实现

2.1 红外测温探头的硬件实现

在红外探测过程中，目标物体与热电冷堆存在着一定的温差，该温差是由于热电堆中的传感器过于敏感，使目标物体的红外辐射透过路光片时，受到内部结构的影响，其中黑体将光线全部吸收，进一步导致热电堆的受热不均衡，出现温差电势的现象，因而产生了温差的情况。

受安装环境的影响，在该系统安装前，需要对传感器的光学参数及温度等数据进行掌握，以便红外滤光片的波长红外辐射透过率符合使用标准。现场监测的目标数据温度应保持在0-150摄氏度，其滤光片也应以现场监测目标为基础，选择波长在7.5-141xm的范围内，红外辐射透过率应超过70%以上，进而达到使用的基本标准。在安装过程中，应注意光路的交叉影响问题，要根据实际情况选择性安装带有透镜的传感器。

2.2 数据采集单元和数据主控单元的硬件实现

由于数据采集单元与数据主控单元所需的系统资源大体相同，因此在硬件上兼顾两者的需求，设计成统一的电路，只是通过采用不同的接15、跳线及软件来实现单元的转换。

系统既要响应上层的召唤，又要接收下层的数据，因此，只用80C196KC仅有的一个串口实现与上下层间的通讯，需要扩展单片机的串口。对于数据采集单元而言，两路通讯的实时性要求都不高，可以用一片PLD芯片GAL20V8控制两个485芯片的选通，从而实现单个串口的分时复用：但对于数据主控单元而言，由于需要随时响应变电站综合自动化系统的通讯，用分时复用的方式不能保证与上层系统通讯的可靠性，因此选用串口扩展芯片ST2250外扩出一个串口与上层通讯，而单片机自带的串口负责与下层的通讯。

3 系统的软件实现

3.1 红外测温探头的软件实现

主程序每秒循环一次，以查询方式取得DSl8820和A/D转换的数据，以中断方式响应数据采集单元的召唤，并将处理后的数据上送。

3.2 数据采集单元和数据主控单元的软件实现

数据采集单元与数据主控单元之间存在着一定的差距，其中接收数据及处理方式差距较大，但其余方面的运行模式基本一致。在对数据处理过程中，主程序每秒循环一次，如在循环过程中，未发现温度有任何异常，则可继续循环，如温度超过最初的设定值，则会启动警报对系统予以警示，在此期间主程序会切断网络通讯，以确保系统的稳定。控制软件的实现需要注意需采用MCS96汇编语言编写，进一步保障数据信息的准确。

报警有两种模式：①触点温度超过环境温度XX℃：②触点温升在XXmin内超过XX℃。每种模式可以根据现场的要求通过按键操作设置为两种报警级别，级别不同设置的超限值也不同，以便工作人员根据不同程度的报警形式按照规程进行相应的故障处理。

4 现场校正及比对试验

现场的校正与比对试验应在设备的相应生产厂家进行，以便出现问题时，能够进行进一步的调试。通常情况下，试验会采用模拟现场的方式，以达到试验目的，根据试验条件的不同，部分的试验结果与安装位置均有一定的差距，同时在柜内，隔板连接柱及避雷针等设备对探头形成一定的遮挡，使部分红外辐射容易向周围区域扩散，影响了探头的基本接收性能，所以需要对使用RAYTEK红外测温枪对开关柜断开的触头温度进行测试，而后将探头的K值大小进行调整，使开关柜温度与测试枪的测试温度保持一致，同时保证环境相符，以保障试验的准确度。

在开关柜断开的情况下，用热风台给某个动触头加热，同时用RAYTEK红外测温枪监测动触头温度，加热至65℃（过热易损坏触头）后，自然冷却至室温，在降温过程中记录相应探头的读数，同时记下此时测温枪的读数。标准温度由RAYTEK红外测温枪获得，实测温度为监测网络的读数。但上述的试验忽略了瓷套的影响，为此，在现场针对无套触头和加套触头进行了对比试验。试验证明，加上瓷套后探头接收到的红外辐射增加了约10%。因此，将探头的K'值调节到校正值的91%后，所显示的测量读数则可表征触头在合闸时的温度。该网络安装运行后，在现场监测某35kV高压开关柜时。发现某一触头的温度偏高，显示读数为76℃，使用等温蜡片测量该触头，70℃时蜡片熔化，而80℃时蜡片完好。

结束语

温度的实时监测可在液晶显示器上得以显示，以便技术人员进行操控。但在智能化与自动化发展的背景下，人工操作已无意义，需要将高压开关柜的温度实施监控不断向自动化发展研制，红外传感器是自动化的关键，将其有效的融入温度监测系统，有利于系统的自动化发展，并可在一定程度上，提高设备的使用性能及工作效率，使其在安全稳定的环境下工作与运行。

参考文献

[1]田毅，黄新波.高压开关柜溫升在线监测系统[J].高压电器，2010（03）.