广东省罗定市双东工业园广东友源电气有限公司
摘要：高压配电柜是电力系统中重要的组成部分，实现对电能的分配、控制、监测等作用。供电的可靠性是衡量电能质量的重要指标之一，高压配电柜一旦出现故障，通常会导致大面积停电等事故。高压配电柜内高压母线触头等极易被氧化，出现接触不良，接触电阻变大，导致触头温度过高。高压开关电器出现闭合不紧密，导致点接触，同样使设备温度过高。在载流过大时，设备的温度也会偏高。长时间的温度过高，不仅加快设备的老化或损坏，出现电压击穿等现象，还会导致严重事故的发生。
关键词：高压配电柜；异常温度
一、高压配电柜温度监测的历史和现状
起初对高压配电柜柜内高压设备温度的监测，主要采用涂抹法，即在高压设备表面涂抹一层可随温度变化而改变颜色的发光材料。通过观察颜色的变化情况，大致确定设备的温度范围，来确定设备是否处于正常工作状态。该种测温方法操作容易，测温方式简单，但是该测温方法准确性低、可靠性差，不能进行定量测量，出现异常情况，不能及时发现。后来，随着温度传感器的应用越来越广泛，对高压配电柜的温度监测也实现了由定性测量到定量测量的转变。温度传感器的种类繁多，各种测温方式也不尽相同，工作的原理和适用范围也各有特点。主要的温度传感器有电阻温度传感器、热电偶、辐射温度计、光纤温度传感器等，应用较为广泛。随着科技的不断发展，已经由单一的测量方式向数字化测量转变。数字温度传感器能够更加方便的与微处理器接口相连接，给设计带来很大的便捷。数字测温法已经广泛应用于高压电力行业、工业控制、电子测温计、医疗设备等诸多领域，已经取得了很好的成效。20世纪90年代，科学技术的进一步发展，为高压配电柜的温度监测提供了有力的科技支持。包括温度传感器技术的发展、数字处理技术的发展、以太网通信技术的发展、计算机软件和硬件的进一步完善，为辐射测温法、红外测温法、光纤测温法的推广奠定了一定的基础等。实现了高压配电柜柜内温度的多点式测量，使得高压配电柜温度监测更加准确、全面、稳定，同时也使的测温更加的便捷。虽然温度传感器技术、数字处理技术、以太网通信技术、计算机软硬件等方面都取得了很大的进展，但是对于高压配电柜柜内温度监测而言，基本的方式还没有改变。依然采用现场工作人员定时巡视的方式对高压配电柜柜内温度进行测量和记录，尚未形成一个完全“智能化”、“远程化”、“无人化”的在线温度监测报警系统。
二、测温方式选择及红外热成像原理
35kV高压配电柜广泛应用于多种行业，工作于不同的环境中。在 35kV高压配电柜柜内的高压设备，长期工作与高压、强电磁干扰及高温的环境中。因此，要对配电柜内高压设备温度进行准确、全面、稳定的测量，首先必须选择合适的测温方式。该种测温方式能够在高温、高压和强电磁干扰环境中正常工作，能够对配电柜内的温度进行准确、及时和全面的测量。目前，在国内外应用于 35kV 高压配电柜温度监测的方法主要分为接触式测温和非接触式测温两种测温技术。在本章节中，通过比较两种测温方式的差异，最终选择出较为合适的温度监测方法。
2.1 接触式测温方法技术
接触式测温法是将传感器置于与物体相同的热平衡状态中，由于温度传感器与物体接触而处于同一温度的测温方法。此种测温方法能够准确的测出物体的温度，测温方式简单易行。常见的接触式测温传感器有金属热电阻传感器、热敏电阻传感器、热电偶传感器及其它的温度传感器等，应用较为广泛。但是，接触式测温在高压配电柜测温中也存在一定的局限性。其一，设备发生震动时，温度传感器可能与被测物体分离或出现间隙。此时温度传感器不能够与被测高压设备进行正常的热平衡交换，测出设备温度会有很大的误差，且不易被察觉。其二，温度传感器也会受到空气湿度等影响。传感器表面湿度过高，通过高压设备发生导电，可能导致严重的事故。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其三，接触式测温中，每个温度传感器只能测得相应位置的温度。在 35kV 高压配电柜内安装过多的温度传感器，十分的不方便，并且存在一定的危险性。其四，使用的温度传感器，还要能够在高温、高压、强电磁干扰的环境中工作。在 35kV 高压配电柜温度监测中，要对母线、导线接头处、高压开关等多处进行温度监测，需要测温处较多，且设备处于高压、强电磁干扰及其它外部条件限制。综上各种原因的考虑，在 35kV 高压配电柜柜内温度监测中，不适合应用接触式测温方法。
三、35kV高压配电柜柜内温度监测系统结构及功能
35kV高压配电柜柜内高压设备在载流过大、高压断路器或高压隔离开关闭合不紧密出现点接触、母线触头氧化导致接触不良等原因，会导致设备的温升过高。长时间的高温，会使设备损坏甚至导致事故发生。在本章节中，选择对其中一台高压配电柜进行柜内异常温度监测，作为整个设计系统的子系统。该子系统主要由红外热图像传感器、S3C2440 微控制器、以太网传输模块以及上位机监控中心等模块构成，实现对高压配电柜柜内温度的远程监测。
（3.1）35kV高压配电柜柜内温度监测系统硬件构架
35kV高压配电柜柜内高压设备在载流过大、高压断路器或高压隔离开关闭合不紧密出现点接触、母线触头氧化导致接触不良等原因，会导致设备的温升过高。长时间的高温，会使设备损坏甚至导致事故发生。选择对其中一台高压配电柜进行柜内异常温度监测，作为整个设计系统的子系统。该子系统主要由红外热图像传感器、S3C2440 微控制器、以太网传输模块以及上位机监控中心等模块构成，实现对高压配电柜柜内温度的远程监测。
四、温度异常监测报警系统的实现
在下位机中实现对高压配电柜的红外热分布图进行采集，经以太网传输到上位机中，在上位机中通过与标准预存的红外热图像在采样区域依次进行比对，判断 35kV 高压配电柜柜内是否出现温度异常的状况。在本章节中主要包括红外热图像比对程序的设计和报警模块的实现，着重介绍了红外热图像的比对程序的设计思路、比对报警程序的编写以及程序的调试运行，完成对高压配电柜柜内异常温度的监测。
五、结速语
电力系统中，绝大部分的故障都与热有关。在本设计中，通过监测 35kV高压配电柜柜内高压设备的温度情况，及时发现配电柜的异常现象，防止事故的发生。本文中通过嵌入式红外图像采集系统实现对配电柜柜内红外热图像的实时采集，在上位机中实现与标准预存的红外图像比对。发现配电柜内出现温度异常时，启动报警系统，发出报警信号。在测温方法的选定上，通过比较接触式测温和非接触式测温的特点。最终选择非接触式红外热成像测温的方法，作为本设计温度监测的方式。红外热成像测温法能够适应在高温、高压环境中工作，且其具备不影响被测物体的温场分布、测温范围广、测温准确等优点，能够充分满足该设计的需求。硬件设计方面，选用 S3C2440 微处理器作为本设计的硬件操作平台，作为本设计的核心控制模块。其主频达到 400MHz，充分满足设计对控制器的要求。采用红外热图像传感器，实现对配电柜内温度图像的实时采集。考虑到配电柜内强电磁环境对信号的干扰，本设计采用可屏蔽网线进行下位机与上位机之间的以太网通信，保证了通信的稳定性。本设计采用嵌入式实时多任务操作系统μC/OS-Ⅱ作为软件平台，在此平台上实现用户任务。μC/OS-Ⅱ具有可移植、可裁剪、多任务等特点，并且它大部分的代码是由 C 语言编写而成，给用户的使用带来很大的便捷。软件方面主要完成红外热图像传感器的驱动程序设计、内部设置、DM9000 网卡程序的编写以及上位机中图像比对程序的设计等。由于对该系统的研究时间较短，加上作者能力有限。对 35kV 高压配电柜柜内异常温度监测系统仍有许多待完善的地方，包括硬件设计与调试、软件设计的优化以及相关程序的书写等工作。
参考文献：
[1]费万民，吕征宇，耿福江，孙向东.高压开关触点和母线温度在线监测与检索式系统].电力系统自动化，2004
[2]胡春海，张越，齐广学.高压电气设备在线温度监测技术的研究[J].自动化与仪表，2001
[3]李曙英，周根元.基于无线的高压母线温度监测系统的设计[J].微计算机信息，2008
[4]曾令可，张功元.红外热成像测温技术及温度场测试误差分析[J].陶瓷导刊，1993
[5]李军，刘冬梅，李楚容.非接触式红外测温的研究[J].压电与声光，2001
论文作者:梁海
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/7/29
标签：测温论文; 高压论文; 柜内论文; 温度论文; 配电柜论文; 设备论文; 温度传感器论文; 《基层建设》2016年9期论文;