电控柜温度检测系统设计与实现

赵华

（上海国际港务（集团）股份有限公司振东集装箱码头分公司，上海，200137）

0 引言

电力系统是国民经济的命脉，电力系统的安全稳定运行是生产安全的重要保证，关系到社会经济的发展和稳定。电力系统的许多设备、如发电机、变压器、油断路器、电力电缆、开关柜、母线接头、套管夹等[1]。由于电流设计的错误、设备故障、工艺质量差、使用不当、接触条件不好等原因，导致设备温度升高，这直接威胁到了电力设备的寿命和整个电网的安全[2]。此外，由长期不易察觉的局部过热引起的电力爆炸事件也越来越多，根据国家电力安全监管部门的统计，每年都有多起电力事故是由于电力设备温度过高或过热造成的，导致大规模停电和停机[3-4]。因此，电力设备的实时在线监测和超限报警是保证电力系统安全稳定的主要方法之一。

由于电力系统环境是高压供电，处于强磁场中，因此电力系统的在线监测要求系统具有较强的抗电磁干扰能力。电力系统网络复杂，设备和系统监测点多，需要多个温度监测和报警系统。传统的电力监测系统通过温度检测元件（如热电偶、热电组、热敏电阻、集成温度传感器等）对电力设备的核心工作部件进行温度监控[5]。但在测点复杂的情况下，很难实现。例如在高压设备附近工作的电信号传感器会受到严重的电磁干扰发生零点漂移，抗干扰能力差[6]。此外目前的温度监测系统主要是对工作的核心部件进行监测，对外围电路的监控较少，在外围电力系统设置大量传感器不仅受到成本的制约还受到环境因素的影响。

为了对电气设备进行更加有效的和全面的监控，目前市场上也不断涌现新的温度监控设备，例如在电柜中加装高效的温度控制系统来满足最关键部件的工作温度要求，从而提高机柜系统的可靠性和使用寿命[7]。这种温度控制系统一般通过两种方式来改善核心部件的运行温度[8]。第一种方式为被动冷却，由于热量总是从较高温度的材料传递到较低温度的材料，因此外壳必须设计有通风口，这些通风口的位置要巧妙地让热空气逸出并被较冷的空气取代。这种方法非常适用于保持电气外壳冷却。但是，其可行性取决于外壳的位置。它仅适用于外部空气始终保持低于外壳内部空气温度的情况。可能需要在通风口上放置空气过滤器，以防止灰尘或污垢进入外壳。第二种方式是通过空调或者热交换机来进行调节，如果对流冷却不足或湿度等环境因素成为问题，可以通过闭环冷却。在湿度会影响设计的较冷环境中，热交换器能够有效地冷却空气。而且，空调也最适合位于炎热环境中的电气外壳。

目前电柜的温度监控存在的主要问题是只对电柜的核心工作部件进行监控，无法对电柜的整体运行温度进行监控，且各电柜的监控模块独立工作，当电柜发生故障导致温度上升时，无法对故障点进行及时准确定位[9-10]。市场急缺一种可以对多电柜电力系统进行统一温度监控，及时报警的电柜监控系统。实现多电柜在开环模式下的同步温度监测，来记录各电柜的历史和实时工作状态，并及时反馈给终端控制平台的工作人员及时对故障电柜进行检修处理。基于以上要求，本文提出了一种新型的电柜温度监测系统，利用运动云台和温度传感器组成一个智能温度监测装置，基于物联网技术实现电柜运行区域的定期巡检，及时将被监控区域内报警信息(视频,图片,数字)以及运动机构的工况及时反馈到手机,电脑等远程客户端。

1 方案与技术路线

如图1、2所示，由于目前市场没有此类产品，无任何参照经验，通过对现有的温度检测装置进行长期和详细的调查，结合我们要开发的移动式温度监测系统制定了系统功能和逻辑架构的设计，对需求进一步细化，技术方案进一步落实。在系统的设计和研发方面，对温度监测设备进行摸排，设计了伺服电机、云台和热像仪联动的温度监控系统，获取设备的实时数据进行分析；对获得的数据进行分析和归类，建立能够通过实时监测数据判断温度是否超过阈值的数学模型，根据模型判断监测设备状态，并直接将状态和报警信息发送到用户；软件的自维护以及自升级接口的开发工作，以实现软件的自维护。

图1 系统功能结构图

图2 移动式温度监测装置集成软件逻辑架构图

如图3所示，建立了移动式温度监测装置集成软件，由手机APP或电脑远程控制进行全方位循环检测或在指定区域进行检测，通过由伺服电机、云台以及热像仪组合成的移动温控设备采集监测点的数据，通过视频、图片和数字的形式向用户传递监控区域内的报警信息，并且通过对历史数据的分析来延长设备的使用寿命。基于物联网技术，通过手机电脑等远程客户端进行控制和监测，使工作情景更加灵活有效。

图3 可视化系统架构

2 总体设计

2.1 集控中心

2.1.1 温度信息

（1）实时温度

在首页的信息中可以看到不同分组的温度折线图当前实时温度。通过实时温度可以监控设备的运行状态和所处稳定性。让工作人员可以实时监控当前所有分组设备的实时温度和进行温度观测。

（2）温度折线图

在首页的信息中可以看到不同分组的温度折线图，温度折线图展示温度时间走势，包括最高温度、最低温度、平均温度。使用温度折线图更直观显示一段时间内分组设备的变化幅度与整体稳定性。

（3）温度异常告警

在首页的信息中可以看到不同分组的当实时温度的告警信息。可通过设置当实时温度超过设定阈值时，进行温度异常提醒。实时监控不同分组温度的变化情况，当温度超过设定的实时温度阈值时，发出报警信息让工作人员可对相应的分组进行实时的调整，确保所有分组的设备正常运行。

2.1.2 设备状态

（1）设备运行状态

在首页的信息中可以看到不同分组的设备是否正常连接、运行。让工作人员可以实时监控当前所有分组设备的实时运行情况。若产生问题，可以让工作人员可对相应的分组设备进行实时的调整，确保所有分组的设备正常运行。

（2）设备故障信息

在首页的信息中可以看到不同分组设备的告警信息。可通过设置设备的告警，进行设备异常提醒。实时监控不同分组设备的变化情况，当设备发生故障时，进行故障提醒，让工作人员可对相应的分组设备进行实时的调整，确保所有分组的设备正常运行。

2.2 用户管理

2.2.1 账户管理

在首页的用户管理中可以对用户进行管理。可以对现存的用户进行增加、删除、修改和查询操作。

2.2.2 权限管理

在首页的用户管理中可以对用户权限进行管理。可以对现存的用户权限设置为超级管理员、管理员和普通用户，不同权限的用户在操作设备的时候会有不同的权限，普通用户只能对设备进行监控，不能对添加设备进行修改；管理员既可以对设备进行监控，又可以对添加设备进行修改；超级管理员可以对所有用户的权限进行管理，可以对现存的用户进行增加、删除、修改和查询操作。

2.3 数据中心

我们在数据中心存储相关故障信息和异常记录，并保存相关历史记录，进行预测。

2.3.1 设备故障信息记录

所有电机故障记录，都将被记录在日志文件中，包括异常编码、通讯地址、地点标识和故障发生时间。以供故障解析、故障维修和故障预测等使用。

2.3.2 温度异常记录

在整个温度监测过程中，所有的温度异常信息同样会记录在异常温度日志中，包括最大温度值、平均温度值、异常温度、ip地址及其所在分组。用户可以根据相关温度信息和具体ip地址调取实况融合信息图像，进一步判断。

2.3.3 历史查询及文件导出

所有的设备故障和温度异常信息都会保存在相关历史日志文件中，我们建立了相关索引和快捷的查询方式，以便使用者对相关信息进行进一步搜索查询搜索。此外，我们还支持相关历史记录的导出，以便使用者灵活是使用相关数据，建立自己的基于数据驱动的算法模型进行相关判断和预测。

2.4 设备管理

一套完善的设备管理体是整个设计方案正常开展的基础,因此相关管理人员应该明确设备管理的工作目标和相关工作流程。具体而言，应当明确每一件设备具体且准确的基本状态信息，且能井然有序地实施相关设备的运动控制。

2.4.1 资料管理

（1）设备分组

一整套温控设备属于一个分组，分组下可有伺服电机、云台、热像仪不同组合。基于不同的工况、设备精度和稳定性需求，我们将伺服电机、云台、热像仪的性能进行归一化评估，同时将不同工况下设备性能理想需求评估后归一化到同分布。将设备性能向理区间进行有条件的模糊聚类，这样我们可以实现智能的设备管理。

（2）添加/删除设备

在平台上的数据添加和删除是功能实现不可或缺的一部分。我们支持添加伺服电机、云台、热像仪的格式化数据，包括设备的品牌、型号、规格、SN码、IP地址等信息。同时，也支持移除某个设备，对相关设备的特定信息进行修改。这在设备故障、设备更换等问题中，是重要的渠道。

2.4.2 参数设置

（1）热像仪设置

红外热像仪测温具有非接触、远距离、灵敏度高、速度快、测温范围广，以及可以在图像中选取被测目标等优点，但是其可视化效果并不优秀。在实际工况被测物体表面温度、热像仪指示的辐射温度、环境温度都将在实际温度测试中起到一定作用。因此，进一步提供可见光模式下的图像，将可以对异常情况提供进一步的判断。在我们的平台中，我们提供多种模式，包括红外模式、普通模式以及融合模式。此外，为了进一步优化可见光下可视化效果，我们提供LED光源，可根据实际工况确定是否需要打开。根据具体的工作环境，可以设置区间在-20℃到180℃之间温度告警阈值。

（2）云台和伺服电机设置参数设置

为了实现热像仪在不同角度图像的补货，我们基于不同的水平和垂直角度，设置了10组不同方向的点位，每组10个点位。此外，为了实现水平方向位移，我们设置了伺服电机，可以根须具体需求，调整水平极限位置和位移速度。我们内置了巡航模式，可以实现对所有点位的自动巡航检测。

2.4.3 运动控制管理

基于物联网的远程控制，是智能检测设备必不可少的功能。通过我们的远程控制模块，用户可以在手机、平板或电脑端远程控制热像仪进行特性需求的旋转或位移，以满足多样化工况需要。

3 结束语

本文提出了一种新型的电柜温度监测系统，利用运动云台和温度传感器组成一个智能温度监测装置，基于物联网技术实现电柜运行区域的定期巡检，及时将被监控区域内报警信息(视频,图片,数字)以及运动机构的工况及时反馈到手机,电脑等远程客户端。本文的系统大大减少了所需的人力资源，提高了监测检查的效率，保障了电力系统安全稳定的运行。