摘要：設(shè)計(jì)了非接觸式密集型母線槽溫度測量系統(tǒng)。采集非接觸式紅外溫度測量模塊采集母線溫度，然后通過4G數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，并在客戶端的可視化界面進(jìn)行溫度監(jiān)測和預(yù)警、設(shè)備管理等操作。經(jīng)過實(shí)際使用檢查，系統(tǒng)可以監(jiān)測整個(gè)社區(qū)各位置的插件箱的溫度，并可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，具有實(shí)用性和可擴(kuò)展性。

關(guān)鍵詞：密集型母線槽；紅外測溫系統(tǒng)；實(shí)時(shí)監(jiān)控；4G數(shù)據(jù)傳輸；

引言

 在密集型母線槽系統(tǒng)中，密集型母線槽通過母排插入插入箱后板上的金屬彈片連接。由于安裝環(huán)境狹窄，安裝過程難以控制，難以保證良好的接觸，容易使插入點(diǎn)的接觸電阻過大。再加上長期大電流運(yùn)行和空氣氧化等因素的影響，插接點(diǎn)母線容易老化，使接觸電阻繼續(xù)增大。電流的熱效應(yīng)變大，導(dǎo)致母線溫度升高。當(dāng)母線溫度超過一定閾值時(shí)，會(huì)對(duì)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(yùn)維和廠家的現(xiàn)場測試中，47個(gè)插接箱中6個(gè)點(diǎn)的接觸電阻達(dá)到毫歐級(jí)，高達(dá)數(shù)十毫歐級(jí)。10m按接觸電阻為10mΩ，通過電流為250A計(jì)算，接觸點(diǎn)的加熱功率P=I2R=250A×250A×10mΩ=625W，相當(dāng)于一臺(tái)家用電熱器的功率，可見一旦接觸電阻過大，溫度就會(huì)迅速升高。因此，有必要對(duì)母線溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警。

 插件箱數(shù)量多，處于高壓、大電流環(huán)境中。人工定期檢查的方法工作量大，風(fēng)險(xiǎn)高，不全面，不實(shí)時(shí)。目前，大多數(shù)采用溫度傳感器測量母線溫度，并通過各種通信設(shè)備將溫度數(shù)據(jù)匯總傳輸?shù)娇蛻舳?，?shí)現(xiàn)母線的實(shí)時(shí)溫度測量[5]。

一整體設(shè)計(jì)方案

 介紹了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。

 在插入箱中，每根母線上方放置一個(gè)MLX90614紅外測溫傳感器模塊。每個(gè)測溫模塊通過I2C總線將測溫?cái)?shù)據(jù)發(fā)送給MCU，MCU將接收到的溫度數(shù)據(jù)處理后發(fā)送給4G數(shù)據(jù)傳輸模塊。4G數(shù)據(jù)傳輸模塊將接收到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到云服務(wù)器，將這樣一個(gè)負(fù)責(zé)監(jiān)控和發(fā)送數(shù)據(jù)的系統(tǒng)放置在每個(gè)插入箱中。云服務(wù)器負(fù)責(zé)在客戶端顯示接收到的所有溫度信息，并在客戶端實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警母線的溫度，形成以云服務(wù)器為中心節(jié)點(diǎn)、插入箱內(nèi)部部分系統(tǒng)為子節(jié)點(diǎn)的星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。云服務(wù)器負(fù)責(zé)在客戶端顯示接收到的所有溫度信息，并在客戶端實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警母線的溫度，形成插入箱溫度采集、傳輸和可視化監(jiān)控的測溫系統(tǒng)。從插入箱的火線和零線之間取電作為輸入電壓，通過電源模塊的降壓處理獲得穩(wěn)定的輸出電壓，為整個(gè)系統(tǒng)的每個(gè)模塊供電。

二硬件設(shè)計(jì)電路

 每個(gè)插件箱中都有一個(gè)終端溫度測量傳輸硬件系統(tǒng)，以STM32F103x8為主控芯片設(shè)計(jì)外圍電路。STM32F103x8內(nèi)核為32位高性能ARMCortex-M3處理器，時(shí)鐘頻率高達(dá)72MHz，可以以足夠高的頻率收集每個(gè)溫度數(shù)據(jù)。它還有兩個(gè)I2C接口、五個(gè)串口和SPI接口，有足夠的接口與外部設(shè)備相互通信。STM32F103x8讀取每個(gè)溫度測量模塊的溫度值，進(jìn)行比較處理，將處理后的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給4G數(shù)據(jù)傳輸模塊。

1終端測溫傳輸硬件設(shè)計(jì)

 終端測溫傳輸硬件設(shè)計(jì)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(shí)間電路、濾波器和指示電路組成。

2降壓供電電路

 降壓供電電路如圖2所示。從插入箱母線的火線和零線引出的電壓連接到P2端子，串入保險(xiǎn)絲保護(hù)電路。高電壓通過鐵芯變壓器(T1)和AP12N12芯片降低，然后通過電容C10、C11濾波，獲得穩(wěn)定的12V電壓，為4G數(shù)據(jù)傳輸模塊提供工作電壓，12V電壓通過ASM1117芯片降壓和C2、C9進(jìn)行濾波，得到系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行所需的3.3V電壓。

3時(shí)間電路

 為了為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間間隔5分鐘向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)，DS1302芯片設(shè)計(jì)時(shí)間電路，DS1302是一個(gè)實(shí)時(shí)鐘芯片，可以提供秒、分、小時(shí)、日、月、年等信息，并具有軟件自動(dòng)調(diào)整的能力。SPI通信為STM32F103x8提供準(zhǔn)確的時(shí)間信息，時(shí)間電路圖如圖3所示。

4濾波器和指示電路

 3.3V與GND并聯(lián)6個(gè)100nF電容C3～C8濾波光滑電壓。指示燈U6為正常電壓測試指示燈，指示燈U5為測試程序指示燈，為后期維護(hù)和調(diào)試提供方便。濾波和指示電路原理圖如圖4所示。

5 7USR-DR504(4G數(shù)據(jù)傳輸模塊)

 由于插箱距離較遠(yuǎn)，地板位置不同，通信傳輸困難。為了解決通信問題，采用4G-DTU(數(shù)據(jù)傳輸模塊)，在有4G網(wǎng)的地方可以實(shí)現(xiàn)通信功能，不受地理位置和環(huán)境的限制。USR-DR504是一種導(dǎo)軌4G-DTU，支持移動(dòng)、中國聯(lián)通、電信4G網(wǎng)絡(luò)，以“傳輸”為功能核心，易用性高，可實(shí)現(xiàn)STM32F103x8串口到網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)器的雙向數(shù)據(jù)透明傳輸，具有高速、低延遲的特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中選擇其網(wǎng)絡(luò)傳輸模式(NET)，在這種模式下，STM32F103x8可以通過串口連接USR-DR504將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到需要的HTTP服務(wù)器，其數(shù)據(jù)傳輸示意圖如圖5所示。

三系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1溫度采集、處理、發(fā)送軟件設(shè)計(jì)

2客戶端軟件設(shè)計(jì)

四系統(tǒng)測試與分析

五安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

1概述

 電氣接觸在線溫度測量裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器接頭、閘門開關(guān)、高壓電纜中間頭、干變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測，防止氧化、松動(dòng)、灰塵等因素導(dǎo)致接觸電阻過大，提高設(shè)備安全，及時(shí)、持續(xù)、準(zhǔn)確地反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備事故率。

 Acrel-2000T無線測溫監(jiān)測系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接通信，系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循國際標(biāo)準(zhǔn)-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(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、遙控、遙控、遙控、遙控、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)告和用戶管理功能，可監(jiān)控?zé)o線溫度測量系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)，防止嚴(yán)重故障。

2應(yīng)用場所

 適用于電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機(jī)場、電廠、煤礦等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測。

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4系統(tǒng)功能

 溫度測量系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝在值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中所有開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行溫度狀態(tài)。該系統(tǒng)具有以下主要功能：

1）溫度顯示

2）溫度曲線

3）運(yùn)行報(bào)表

4）實(shí)時(shí)告警

5）歷史事件查詢

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、通信層的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)和站控層的溫度測量系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部件的溫度在線監(jiān)測。

六安科瑞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是一種非接觸式紅外測溫裝置，可解決母線槽溫升過高的問題，實(shí)時(shí)將連接器中的每相溫度數(shù)據(jù)上傳到后臺(tái)，提示管理人員注意報(bào)警點(diǎn)或采取必要的預(yù)防措施。

AMB300紅外測溫網(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(tái)界面

七結(jié)語

 本文設(shè)計(jì)了一套非接觸式密集型母線槽溫度測量系統(tǒng)，用于監(jiān)測和預(yù)警社區(qū)內(nèi)各母線與密集型母線槽插入箱的溫度，并對(duì)遠(yuǎn)程客戶端界面進(jìn)行實(shí)時(shí)管理和監(jiān)控。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)和客戶端軟件設(shè)計(jì)。采用非接觸式測溫模塊，提高了測溫系統(tǒng)的安全性和準(zhǔn)確性，不影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行。使用4G數(shù)據(jù)傳輸模塊將溫度數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，解決安裝在不同位置的插件箱溫度數(shù)據(jù)的傳輸問題，避免重新布線和傳輸數(shù)據(jù)，無距離限制，便于隨時(shí)添加和更改設(shè)備。此外，由于所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)相對(duì)簡單，所產(chǎn)生的流量成本在可接受的范圍內(nèi)?？蛻舳碎_發(fā)的可視化軟件可以快速查詢所有溫度數(shù)據(jù)，并具有報(bào)警提示功能，及時(shí)處理異常溫度。目前，該系統(tǒng)已投入社區(qū)實(shí)際使用。從客戶端顯示的數(shù)據(jù)來看，每條母線的溫度變化趨勢非常穩(wěn)定。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)實(shí)用可行，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)功能，具有很大的可擴(kuò)展性。

參考文獻(xiàn)

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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022年05版.

作者簡介：涂志燕，現(xiàn)任安科瑞電氣有限公司，主要從事數(shù)據(jù)中心相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用。