高压开关柜温度在线监测系统设计.docx

高压开关柜温度在线监测系统设计摘要：高压开关柜是重要的变电设备其内部温度过高可能会引发局部甚至全部地区停电等事故开关柜在线监测是预防事故发生的重要手段。文章设计了一套经济实用的开关柜温度在线监测系统系统包括上位机和下位机两部分采用RS-485总线通信方式具有数据显示存储、越限报警等功能。关键词：高压开关柜；在线监测；温度；状态维修1引言高压开关柜设备是非常重要的输配电设备主要用于电力系统的控制和保护保证电网中无故障部分的正常运行及设备、运行维修人员的安全。大多数高压开关设备采用封闭结构散热条件差而且长时间工作于高电压、大电流等恶劣环境中很容易引起热量的积累而导致其内部温度升高。开关柜温度过高可能会引起大范围停电严重者还会诱发火灾这些都将给社会造成巨大的经济损失。因此设计出一套可靠有效的开关柜温度在线监测系统对电力系统安全、稳定的运行具有十分重要的意义。目前高压开关柜温度在线监测方法主要有CCD摄像头监测示温蜡片测温法、红外测温法、光纤测温法和无线网络法这些方法没有考虑开关柜实际运行环境和负荷等信息都只孤立地对温度进行测量属于预防性维修和试验的范畴。本系统分析了传统开关柜监测方法的缺点和不足并且为达到状态维修的目的提出两组新的监测量系统结构简单、性能可靠能够很大程度上提高高压开关柜运行水平降低事故发生率。2系统设计方案高压开关内部结构分为母线室、开关室、电缆室本设计系统的数据采集模块分别采集和实时监测三室的温度、外界环境温度以及通过开关柜的电流并在这五组参数的基础上根据温度和电流的关系以及一定时间内温度变化对三室的影响提出了两组新的监测量进行实时监测。2.1系统结构本设计系统主要包括数据采集模块通讯模块上位机监控中心3大部分如图1所示。数据采集模块由温度和电流采集模块组成四路温度传感器选用薄膜铂电阻分别传输母线室温度、开关室温度、电缆室温度和环境温度；电流传感器选用闭环霍尔电流传感器传输开关柜的三相交流电。整个系统的数据采集模块和上位机监控中心通过RS-485总线通信上位机监控中心提供友好的交互界面供用户进行监控和操作。2.2监测量对开关柜各室温度进行单独越限报警虽然简单但通常情况下某室出现温度异常时开关柜已接近或处于故障状态。为尽早发现各种随机因素引起的故障降低维修成本我们提出两组新的监测量：（1）监测系统上电开始采集后每1h内每隔6min分别对各室测一次温度t同时记录此刻通过开关柜的电流I和外部环境温度t环温。根据温度变化和电流平方成正相关原理提出参数P：P=（P8+P9+P10）/3其中各室P取每小时后三个记录点Pn的平均值。Pn=（t-t环温）/I2n=12…10。若P>（1+5%）P0则触发报警（P0表示监测系统开始采集后第一个小时内P的计算值）。（2）监测系统上电开始采集后每隔1h分别对母线室、开关室、电缆室各测一次温度记为：t0、t1、t2同时记录此刻开关柜外部环境温度t环温。经研究发现开关柜内部相邻两室之间温度变化的比值对开关柜的运行也会造成一定影响因此提出K参数：K1=-（t0-t环温）/（t1-t环温）K2-（t1-t环温）/（t2-t环温）K3-（t2-t环温）/（t0-t环温）Kn分别代表母线室、开关室、电缆室的K值n=123。若Kn>（1+9%）K0则触发报警（K0表示监测系统开始采集后第一个小时内K的计算值）。3系统硬件设计系统硬件主要负责温度和电流的采集并把数据通过RS485总线传输给上位机进行后续处理。其主要分为温度采集模块和电流采集模块。3.1温度采集模块温度采集模块选用集智达公司6通道热电阻输入模块RemoDAQ-8036特性参数如表1所示。3.2电流采集模块电流采集模块为自行设计处理器采用的是意法半导体推出的STM32F103ZET6微控制器。该微控制器采用高性能的ARMCortex-M3内核它的最高工作频率为72MHz内置高速存储器。整个电流采集模块由AD转换电路、信号调理电路、通信状态指示灯、电源电路、RS485电路、前端滤波电路等组成。模块硬件结构如图2所示。3.2.1AD7606芯片与STM32的接口设计模数转换芯片采用8通道16位同步采样的AD7606其所有通道均能以高达200kSPS的速率进行采样具有可编程的数字滤波器且数据传输接口可选择为并行模式和串行模式采用5V单电源供电不再需要正负双电源并支持真正的双极性信号输入而且输入端箝位保护电路可以承受最高达±16.5V的电压。