摘 要

      針對小區(qū)內(nèi)密集型母線槽與插接箱相連接的觸點位置容易發(fā)生老化而導(dǎo)致老化部位異常升溫的問題,，設(shè)計了一種非接觸式密集型母線槽測溫系統(tǒng)。通過非接觸式紅外測溫模塊進(jìn)行母線溫度的采集,，再由4G數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器,，并在客戶端中的可視化界面進(jìn)行溫度監(jiān)測預(yù)警、設(shè)備管理等操作。經(jīng)過實際使用檢驗,，該系統(tǒng)能對整個小區(qū)內(nèi)各位置的插接箱進(jìn)行溫度監(jiān)測,，并能遠(yuǎn)程進(jìn)行監(jiān)控管理，具有實用性和拓展性,。

關(guān)鍵詞 ：密集型母線槽 ,；紅外測溫系統(tǒng) ；實時監(jiān)控 ,；4G 數(shù)據(jù)傳輸

0 引言         

      在密集型母線槽系統(tǒng)中,，密集型母線槽通過母排與插接箱后板上的金屬彈片進(jìn)行插接而相連，由于安裝環(huán)境狹窄,，安裝過程不易把控,，很難保證接觸良好，容易使插接點接觸電阻過大,。再加上長時間大電流運行以及空氣的氧化等多種因素的影響,，插接點母線易發(fā)生老化，使得接觸電阻繼續(xù)變大,。該處電流的熱效應(yīng)變大,，從而導(dǎo)致母線溫度的升高。母線溫度超過了一定閾值時,，將會對電力系統(tǒng)設(shè)備造成危害,，甚至發(fā)生火災(zāi)。在某樓盤的施工,、運維和廠家現(xiàn)場測試中,，47個插接箱有6個點的接觸電阻達(dá)到毫歐級，高的達(dá)到數(shù)十毫歐級,。按照接觸電阻為10 mΩ,，通過電流為250 A來計算，接觸點的發(fā)熱功率 P =I 2 R =250 A×250 A×10 mΩ=625W,，相當(dāng)于一臺家用電熱器的功率,，可見一旦接觸電阻過大將導(dǎo)致溫度迅速上升。因此對母線溫度的實時監(jiān)測預(yù)警是十分有必要的,。 

1 整體設(shè)計方案 

      本文介紹一種非接觸式密集型母線槽測溫系統(tǒng)，測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。

      在插接箱中每根母線上方各放置一個MLX90614紅外測溫傳感器模塊,，每個測溫模塊將測得的溫度數(shù)據(jù)通過I2 C總線發(fā)送給MCU，MCU將接收到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后發(fā)送給 4G 數(shù)據(jù)傳輸模塊,，4G 數(shù)據(jù)傳輸模塊將收到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到云端服務(wù)器,，每個插接箱中放置這樣一個負(fù)責(zé)監(jiān)測和發(fā)送數(shù)據(jù)的部分系統(tǒng)，若干個這樣的部分系統(tǒng)連接在云端服務(wù)器上就組成以云端服務(wù)器為中心節(jié)點、插接箱內(nèi)部分系統(tǒng)為子節(jié)點的星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),。云端服務(wù)器負(fù)責(zé)將接收到的所有溫度信息展現(xiàn)在客戶端,，在客戶端進(jìn)行母線溫度的實時監(jiān)測及預(yù)警，形成了插接箱溫度的采集,、傳輸,、可視化監(jiān)控的測溫系統(tǒng)。從插接箱火線與零線之間取電作為輸入電壓,，由電源模塊降壓處理得到穩(wěn)定的輸出電壓為整個系統(tǒng)各個模塊進(jìn)行供電,。

2 硬件設(shè)計電路       

      在每個插接箱中都存在一個終端測溫傳輸硬件系統(tǒng)，采用STM32F103x8作為主控芯片設(shè)計外圍電路,。STM32F103x8內(nèi)核為32位高性能 ARM Cortex-M3處理器,，時鐘頻率高達(dá)72 MHz，能夠以足夠高的頻率對各溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,。其還具有2個I2 C接口,、5 個串口和S P I接口，有足夠的對外部設(shè)備進(jìn)行相互通信的接口,。STM32F103x8讀取各個測溫模塊的溫度值,，進(jìn)行比較處理，將處理好的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給4G數(shù)據(jù)傳輸模塊,。 

2.1 終端測溫傳輸硬件設(shè)計       

      終端測溫傳輸硬件設(shè)計電路主要由降壓供電電路,、紅外測溫部分電路、串口發(fā)送電路,、時間電路,、濾波和指示電路組成。 

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 

3.1 溫度采集,、處理,、發(fā)送軟件設(shè)計       

      系統(tǒng)溫度采集、處理,、發(fā)送軟件設(shè)計流程圖如圖8所示,。在系統(tǒng)上電后開始工作，然后對I2C通信,、 實時時間,、GPIO口等進(jìn)行初始化，再通過I2C通信讀取各測溫模塊的溫度數(shù)據(jù),，一次讀取10組數(shù)據(jù),，將10組數(shù)據(jù)采用濾波算法處理，避免出現(xiàn)錯誤數(shù)據(jù)導(dǎo)致系統(tǒng)誤判,，將濾波后的溫度數(shù)據(jù)與設(shè)置的溫度閾值進(jìn)行比較,。若溫度值高于設(shè)定的閾值,，則立即向 4G 數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送預(yù)警信號以及對應(yīng)測溫模塊的溫度數(shù)據(jù)，若溫度值低于設(shè)定的閾值,，則判斷距離上次 4G 數(shù)據(jù)傳輸模塊正常發(fā)送溫度的時間是否已經(jīng)到達(dá)5min,，若已到達(dá)則向4G數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送各個模塊測得的溫度數(shù)據(jù)，若未到達(dá),，則重新回到溫度數(shù)據(jù)讀取步驟,。

3.2 客戶端軟件設(shè)計       

      系統(tǒng)設(shè)計了一個可視化的溫度監(jiān)測管理遠(yuǎn)程客戶端，其對4G數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送到服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理,，主要功能包括數(shù)據(jù)大屏可視化,、配置管理、日志記錄三大部分,。數(shù)據(jù)大屏可視化的界面將各樓層位置和溫度數(shù)據(jù)可視化顯示,，方便查看。 配置管理包括通信終端管理,、監(jiān)測設(shè)備管理,、溫度探頭管理、位置管理,，方便在客戶端上對各插接箱內(nèi)溫度探頭和設(shè)備進(jìn)行管理,。日志記錄是指溫度監(jiān)控記錄以及管理者的操作記錄。 

4 系統(tǒng)測試與分析        

      讓系統(tǒng)開始運行,，在客戶端中查看一個插接箱在一天內(nèi)各個時間點的每個測溫模塊的溫度數(shù)據(jù),。收集到的數(shù)據(jù)繪制成溫度變化趨勢圖如圖9所示，在一天時間里均勻地取80個時間點的數(shù)據(jù)作為參考,。由圖 9 可以看出,，整個系統(tǒng)正常運行，能夠?qū)崟r監(jiān)測插接箱內(nèi)各母線的溫度,。每一個探頭所測得的溫度大致都在2℃的范圍內(nèi)波動,，這是因為測溫探頭所處在的插接箱中的環(huán)境類似于恒溫狀態(tài)，受外界溫度影響較小,，這也為測溫系統(tǒng)提供了一個良好的測量環(huán)境,，提高了溫度監(jiān)測的準(zhǔn)確性。 

5安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

5.1概述     

      電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭,、斷路器觸頭,、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭,、干式變壓器,、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測，防止在運行過程中因氧化,、松動、灰塵等因素造成接點接觸電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設(shè)備安全保障,，及時,、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運行狀態(tài),，降低設(shè)備事故率,。Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通訊，系統(tǒng)設(shè)計遵循國際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU,、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約,，安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高,。該系統(tǒng)具有遙信,、遙測、遙控,、遙調(diào),、遙設(shè)、事件報警,、曲線,、棒圖、報表和用戶管理功能,，可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運行狀況,，實現(xiàn)快速報警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生,。

5.2應(yīng)用場所     

       適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng),、鋼廠、化工,、水泥,、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院,、機場,、電廠、煤礦等廠礦企業(yè),、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測,。 

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.4系統(tǒng)功能       

      測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運行溫度狀態(tài),。系統(tǒng)具有以下主要功能：1）溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個測溫點的實時值,，也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

2）溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線,。

3）運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數(shù)據(jù),。

4）實時告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點異常溫度發(fā)出告警,。系統(tǒng)具有實時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警,，告警方式有彈窗,、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息,，及時提醒值班人員,。

5）歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯,，查詢統(tǒng)計,、事故分析等。

5.5系統(tǒng)硬件配置      

      溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元,，通訊層的邊緣計算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成,，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

6安科瑞AMB300系列母線槽紅外測溫解決方案      

      安科瑞AMB300系列母線槽紅外測溫解決方案,，這是一款非接觸式紅外測溫裝置,，能夠解決母線槽溫升過高的問題，實時把連接器中每相溫度數(shù)據(jù)上傳后臺,，提示管理人員應(yīng)對報警點予以重視或采取必要的預(yù)防措施,。

      此母線槽紅外測溫解決方案由人機HMI觸摸屏，紅外測溫模塊,，紅外采集器,，電源模塊組成。該系統(tǒng)通過RS485線與本地觸摸屏和后臺監(jiān)控進(jìn)行通信（如下圖）,，系統(tǒng)設(shè)計遵循際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU傳輸規(guī)約,，安全性、可靠性和開放性都得到了很大地提高,。RS-485作為一種串行通信的接口具有傳輸距離長,、速度較高、電平兼容性好,、使用靈活方便,、成本低廉和可靠度高等特點，與無線通信方式相比,，具有價格低,、抗共模干擾能力強等優(yōu)點。

AMB300紅外測溫組網(wǎng)示意圖

AMB300紅外測溫系統(tǒng)拓?fù)鋱D

AMB300紅外測溫原理示意圖

安科瑞系統(tǒng)平臺界面

7 結(jié)語 

本文設(shè)計了一套非接觸式密集型母線槽測溫系統(tǒng),，其用于對小區(qū)內(nèi)與密集型母線槽插接箱內(nèi)的各母線的溫度進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)警,，并在遠(yuǎn)程客戶端界面上實時管理以及監(jiān)控。系統(tǒng)的設(shè)計包含了硬件電路設(shè)計和客戶端軟件設(shè)計,。使用非接觸的測溫模塊,，提高了測溫系統(tǒng)的安全性,、準(zhǔn)確性，同時也不會影響電力系統(tǒng)的運行,。采用 4G 數(shù)據(jù)傳輸模塊將溫度數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器,，解決了安裝在不同位置的插接箱溫度數(shù)據(jù)的傳輸問題，避免去重新布線傳輸數(shù)據(jù),，并且沒有距離限制，便于隨時添加,、更改設(shè)備,。另外由于所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比較簡單，所以產(chǎn)生的流量費用在可接受范圍內(nèi),。在客戶端上開發(fā)的可視化軟件能夠快捷地查詢到所有的溫度數(shù)據(jù),，并且具有報警提示功能，能夠及時對溫度異常情況進(jìn)行處理,。目前該系統(tǒng)已經(jīng)投入小區(qū)實際使用,，從客戶端顯示的數(shù)據(jù)來看，各母線溫度變化趨勢十分平穩(wěn),。實踐表明此系統(tǒng)是實用,、可行的，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計的功能,，并且還具有很大的可拓展性,。

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【3】黎衛(wèi)文.基于無線通信的母線測溫系統(tǒng)[J].廣東輸電與變電技術(shù)，2008(6)：1-3.

【4】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022年05版.

作者簡介 

周穎,，女,，本科  安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電