基于无线的高压母线温度监测系统的设计

崔健　贾宇

摘 要：本文针对高压开关柜高电压和强电磁场的工作环境，设计低端和高端温度测量模块接收模块电路，使用无线电频率传输模式可以解决高电压信号隔离的问题，并通过互感实现了温度测量模块的电源。该设计是基于高压总线温度在线监测系统的无线传输，实现了温度、实时报警和总线控制的功能。

关键词：无线信号传输；高压设备；测温模块；单片机

中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）22-0169-02

1 前言

在智能电网建设中，国家对电力设备、信息采集和数据通信的监控是最基本的功能。发电厂或变电站高压总线工作很长一段时间在大电流、高电压、母线接触点和各关节由于老化、松动、氧化等原因会使接触电阻增大，导致设备加热、熔化、泄漏，如安全失败，甚至引起火灾，所以高压总线温度监测是非常重要的。目前，成熟的温度测量方法有红外测温、分布式光纤测量方法、无线温度测量等。红外测温是一种间接测量温度的方法，但高压设备部件可以相互遮挡，影响温度测量结果。同时还需要红外地图识别，不利于推广。光纤温度测量方法，抗干扰能力强，但复杂接线，支持分析仪尺寸偏大，不易安装，光纤使用易受污染很长时间，雨腐蚀问题也导致绝缘的减少。比较几种主流的方法测量温度，无线温度测量方法是一个比较理想的温度测量方案，其安装简单、灵活的布局，无线温度测量模块是直接安装在高压母线的每个部分的联合，测点的潜力，并通过无线传输到接收器的距离，因此，高压侧温度测量模块和接收方的低压侧电气隔离，可以解决高压绝缘问题，但系统需要一个外部电源，电池寿命直接影响无线的长期工作温度测量模块。总体而言，供电问题一直制约着无线传感器网络技术的应用。

2 系统的工作原理

2.1 系统构成

智能无线温度监测系统在物理和功能两方面采用分层分布式结构，保证系统配置的灵活性和功能配置的便利性。系统分为三层：采集层、采集层和监测层。第一层是由计算机组成的用户监视层。第二层是信号中的连接飞行，由无线电频率收发器CC2430组成。第三层是温度收集器，由数字温度传感器DS18B20、rf CC2430、天线和电池组成。

2.2 系统实现方式

无线温度测量终端由高能锂离子电池，使用数字作品，是附着在头发的热点温度传感器，和连接数据线和温度测量主机（温度传感器和温度测量主机无线测温终端），终端在高压电器附件，如潜在的监测设备运行状态。无线温度传感器将温度信号无线发送到无线融合终端。无线收敛终端可以接收多个温度测量终端的数据。对于无人值守站，通过RS232或以太网接收数据的无线采集终端，将温度数据提交给调度自动化系统或视频监控系统，将信息集成在一起，构建完整的监控系统的无缝集成[1]。

3 无线测温系统软件

监控程序是一种实时的温度监测软件，其功能是解析无线终端发送的数据包，信息提取的温度，实时温度曲线绘制历史记录或存储，温度报警阈值可以提前设置，具有温度报警功能。不同版本的监控软件可以同时收到，数据可以通过互联网或以太网直接接收。还可以按级别上载数据级别，并将数据发送到主席团数据中心，作为历史数据的备份。您可以随时检查数据历史曲线。

4 硬件设计

4.1 测温模块电路

温度测量模块电路由单片机模块、测温传感器、无线发射机模块和电源组成。采用STC12LE5402AD低功耗、强抗干扰单片机，其工作电压为2.4V-3.8V，内部供电系统不畏惧功率抖动通过特殊处理。用户程序区域为4K，有系统可编程ISP/在应用程序可编程IAP函数中，可通过串口RXD/TXD（J2接口）下载程序，并集成MAX810特殊复位电路和监视电路。

使用DSl820温度传感器，传感器测量范围从55+125，可以在1s转换为数字温度，温度可以设置9，10，11和12的二进制转换精度，系统选择12转换精度，传感器和单片机的DQ结束P1.0相连，通过单总线的软件模拟DS18B20的时机。多个DS18B20传感器可与单总线连接，实现同一总线上的多点测温。除了从发射功率、接收灵敏度、外围器件、稳定性、低功耗、数据传输速率等方面考虑外，还有许多类型和数量的无线收发芯片。还有考虑其生产成本，设计中无线发射模块采用MRF02，该模块可工作在433、868、915MHZ三个频段，和MRF01无线接收FSK模块配对使用，组成一个完整的收发系统。MRF02还集成了SPI数字接口，它与MCU内部集成的SPI接口相连接，可以通过软件设置精确地调整各种射频参数。在这个系统中，使用了433M频段，传输速率为9600BPS，当发射许可时，无线发射位时钟在模块的NIRQ pin上输出，数据位输入模块的SDI引脚。天线采用50欧元的螺旋天线[2]。

温度测量模块在高压母线30KV终端工作。由于高电压的存在，不能使用外部电源，高压侧必须提供电源。利用互感功率可以解决这个问题。设计电流互感器安装在高压总线上，通过改变变压器次级线圈匝数，在50初级线圈电流、二次线圈的感应获取10v交流电压，工作电流变化很大，为了保证感应线圈能提供稳定的电源，选择合适的芯材，采用磁饱和的核心原理，小铁芯是正常励磁电流，大电流铁心饱和，提供较小的功率变化。再次与交流斩波电压调节的方法，由大功率晶闸管开关迅速、斩波电路可以控制通过控制开关时间负载电压，实现稳定的流量和压力调节的目标，然后通过桥式整流，滤波电路对温度测量模块电路提供了一个良好和稳定的电力供应。

4.2 接收模块电路

接收模块电路由MCU模块、无线接收模块和rs-485通信接口组成。MRF01无线接收模块用于接收来自6通道发射模块的信号，该模块由SPI接口和MCU连接。射频参数可通过软件设置进行调整。当模块的FIFO接收缓冲区接收数据时，它的NIRQ引脚电平就会降低，MCU通过SPI接口读取数据，而引脚电平会变得更高。使用发光二极管和蜂鸣器来指示温度报警点。

接收模块与主机之间的通信采用rs-485接口。为了提高系统的抗干扰能力，单片由光电耦合器和MAX485连接分开，并使用单独的电源。在A和B中，将电视机添加到线路中，可以瞬间吸收高电压干扰脉冲，进一步提高抗超压能力。信号输出的A和B MAX485系列102Ω阻力，减少本机硬件故障影响整个总线的通信。考虑到设计的RS485总线接口芯片设计的每个节点的通信和控制的稳定性和可靠性，该芯片通过光电耦合器逆变驱动器MAX485 TE侧实现了逻辑的控制，这样就可以使CPU的控制引脚为高或者异常复位时使MAX485始终处于接收状态，因此，从硬件上可以有效地避免节点对整个系统的影响[3]。

5 智能无线温度监测系统与传统监测的比较

工作过程的智能无线温度监测系统，因为需要监控设备的组件安装在热组件，该系统将有助于推进实时精确的连续监测设备部分，根据每一刻的温度数据变化得出结论，电力设备在不同部位的温度变化规律，从而帮助监测人员，以确保电力设备的正常运行，以避免造成的问题的温度设备停止工作，确保员工的安全。

6 结语

本文提出并开发了基于无线通信的高压设备温度监测系统，适用于高压系统的温度监测，也适用于高压系统参数在线监测。主要介绍了无线温度测量模块的前端设计，成功地解决了棘手突出的无线温度测量系统供电问题很长一段时间，延长电池寿命周期，這种电源基础上收集能量法可以应用于很多的低功耗无线传感器网络应用程序环境。本研究将为建立高压电力系统在线监测网络奠定基础。

参考文献

[1]高亦乐.基于物联网技术的温度采集模块与在线监测系统[A].中国职协2013年度优秀科研成果获奖论文集[C]，2013.

[2]徐波，杨帆.高压开关柜无线测温系统的研究[J].电测与仪表，2012，（10）：91-92.

[3]朱俊杰，李美成.无线传感器微能源自供电技术研究[J].可再生能源，2012，（11）：55-57.