摘要：為了滿足高壓開關(guān)柜需要實時監(jiān)測溫度的需要，采用STM32F103作為主控芯片，采用NRF24L01無線模塊和RS485通信接口傳輸、接收和存儲溫度數(shù)據(jù)。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)更好地實現(xiàn)了溫度的實時監(jiān)測.

關(guān)鍵字：高壓開關(guān)柜；無線模塊；RS485通訊

引言

在電力系統(tǒng)中，高壓開關(guān)柜結(jié)合斷路器、變壓器和相關(guān)控制電器和輔助設(shè)備，將其關(guān)閉在金屬柜中，以接受和分配供電系統(tǒng)的電能。但是，當電路中的電流過大時，這種封閉式結(jié)構(gòu)會導致熱量集結(jié)，溫升加劇。如果沒有有效的散熱，長期在這種環(huán)境下運行，會導致溫升報警、跳閘停電等事故，造成電力系統(tǒng)的經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，每年約有40%的電力事故是由開關(guān)設(shè)備溫升異常引起的。因此，有必要采取措施監(jiān)測高壓開關(guān)柜的溫度。目前，人工紅外測溫在常用的測溫方法中是有限的，示溫蠟片不能及時跟蹤溫度。另外，開關(guān)柜內(nèi)環(huán)境惡劣，測溫系統(tǒng)需要克服大電流、強磁場等環(huán)境干擾。針對現(xiàn)有溫度測量方法的缺陷，設(shè)計了高壓開關(guān)柜無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)溫度的實時在線監(jiān)測，實現(xiàn)設(shè)備溫升檢測的實時性和有效性，及時發(fā)現(xiàn)溫度異常部位，有效避免事故發(fā)生。

1系統(tǒng)概述

通常，溫度收集器安裝在需要測量高壓開關(guān)柜溫度的節(jié)點上，包括開斷節(jié)點、母線觸點和觸點。一個測量集群由6~12個溫度收集器組成。每個測量集群采用低功耗、高傳輸速度的NRF24L01無線傳輸模塊，通過RS485通信接口將收集到的節(jié)點溫度傳輸?shù)絻x表控制終端，并上傳到上位機。因此，高壓開關(guān)柜的無線測溫系統(tǒng)主要由溫度傳感器、NRF24L01無線通信、RS485通信等溫度收集模塊和儀表控制終端組成。

2硬件設(shè)計

2.1溫度測量模塊

溫度傳感器采用DS18B20，測量溫度范圍從-20℃到120℃，監(jiān)測到的溫度值通過主控制器傳輸?shù)絅RF24L01無線通信模塊。.DS18B20的接口電路如圖2所示。這部分MCU的主要功能是溫度采集和數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)量小，程序內(nèi)容簡單。因此，選擇STM8L051F3P6單片機進行數(shù)據(jù)存儲和傳輸控制。

2.2無線收發(fā)模塊

當前，短距離無線通信技術(shù)主要包括藍牙，ZigBee、Wi-Fi、CC1101和NRF24L01。無線模塊采用Nordic公司的NRF24L01芯片設(shè)計，考慮到高壓開關(guān)柜高壓、大電流、強磁場等特殊運行環(huán)境，以及控制模塊的低功耗、低成本、小型化等技術(shù)要求。如圖3所示，STM8單片機和NRF24L01無線模塊接口電路通過SPI接口進行雙向通信。

3安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案解決方案

3.1概述

電氣觸點在線溫度測量裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸點、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，防止觸點接觸電阻過大而發(fā)熱成為運行過程中的安全隱患，提高設(shè)備安全保障，及時、持續(xù)、準確地反映設(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)直接通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔設(shè)備通信，系統(tǒng)設(shè)計遵循國際標準Modbus。-RTU、Modbus-TCP和其他傳輸規(guī)則大大提高了安全性、可靠性和開放性。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙控、遙控、事件報警、曲線、棒圖、報告和用戶管理功能。它可以監(jiān)控無線溫度測量系統(tǒng)的設(shè)備運行狀態(tài)，實現(xiàn)快速報警響應，防止嚴重故障。

3.2應用場所

適用于泛在電力物聯(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)、變配電站等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.4系統(tǒng)功能

值班監(jiān)控室安裝測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T，可遠程監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備的運行溫度狀態(tài)。該系統(tǒng)具有以下主要功能：

溫度顯示；溫度曲線；運行報告；實時報警；歷史事件查詢

3.5系統(tǒng)硬件配置

4結(jié)論

系統(tǒng)采用STM32F103作為控制核心，無線模塊采用NRF24L01芯片，主機與終端設(shè)備之間通信采用RS485接口MODBUSRTU協(xié)議。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以實時檢測12路溫度數(shù)據(jù)，設(shè)置報警溫度限制、通信地址、波特率等參數(shù)，顯示并記錄最近12次高溫報警數(shù)據(jù)的時間標記。測試結(jié)果驗證了系統(tǒng)的可行性，提高了開關(guān)柜設(shè)備的安全性和可靠性。

參考文獻

[1]郭源.電力高壓開關(guān)柜無源無線測溫關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.濟南：山東大學，2018.

[2]章俊偉.基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在高壓開關(guān)柜測溫中的應用研究［J］.傳感器世界，2014，20（7）：31-34.

[3]陳春.基于紅外測溫的低壓開關(guān)柜一次接插件的溫度監(jiān)測研究［J］.機電信息，2017（33）：85-86.

[4]吳邵董，賞煒.高低壓開關(guān)柜溫度自動控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.自動化與儀器儀表，2019（10）：63-65，69.

[5]王萍.無線測溫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計［J］.韶關(guān)學院學報·自然科學，2022(3):35-38.

[6]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用手冊2022.05版．