期刊論文網配電柜預警系統設計

　　摘 要：本文作者介紹了配電柜預警系統的設計原理、硬件設計及軟件設計，供大家參考借鑒。

　　關鍵詞：配電柜,預警系統,設計

　　與傳統的此類系統相比，本系統更具有全局性、實時響應性、預見性和通用性，通過檢測開關柜內觸點的溫度，對異常現象進行及時處理，可有效防止嚴重事故的發生。當前，電力系統向著 500kV 以上超高壓、大容量發展，高壓供電設備的運行溫度監測尤為重要，本系統推廣應用將具有廣闊的前景。此外，設備運行檔案記錄了相關設備的正常運行參數，通過對設備不同時間段運行數據的對比診斷，可以判斷器件的老化情況，掌握設備溫度變化趨勢，及時發現設備隱患;對新更換電器元件的工作狀況進行分析，可以及時發現元器件缺陷。本系統對于提高設備故障診斷檢測技術水平，及時發現和消除設備隱患具有重要的指導作用。同時在線監測可以避免人工點檢帶來的人身安全隱患，對實現安全生產有重要意義。

　　目前對開關柜觸點、大電流接點等易發熱部位的監測手段大多采用手持式紅外線測溫儀定期進行，不能及時發現故障點。同時大部分高壓開關柜采用封閉式結構，開關觸點和母線排連接處工作環境惡劣，傳統的測溫儀表如熱電偶、紅外測溫儀等無法對這些位置進行直

　　接接觸測量，使柜內設備缺乏跟蹤監測手段,不能及時發現柜內設備發熱點。

　　本文利用光纖具有抗電磁干擾、電絕緣、體積小、耐腐蝕、本質安全的優點，采用人工智能相關技術，針對配電設備開發出了多點溫度檢測和智能診斷系統，提出并設計了一種基于多通道光纖溫度監測、串行通信和智能診斷處理的災害預警處理系統，并且設計了監控主機配套軟件。

　　1 系統測量預警原理

　　災害預警系統整體結構如圖 1 所示。

　　光纖式溫度傳感模塊安裝于配電系統關鍵部件上進行現場數據的實時采集，通過光纖作為通訊介質將實時溫度數據采集到現場智能采集設備，現場設備進行故障診斷、處理，并且將數據傳送到監控主機，在監控主機對數據進行處理、保存、打印等智能診斷，根據運行狀態提供不同級別的報警服務。系統同時提供網絡化接口，供遠程訪問使用。該系統主要包括硬件和軟件兩大部分，其主要模塊包括：a.數據采集：采用光纖傳感器，對配電柜觸點溫度進行非接觸式在線測量，用于采集現場信息;b.故障診斷：對數據采集模塊提供的原始數據進行分析處理;c.災害預警：根據故障診斷的結果，響應信息管理模塊的報警請求，提供多種類型(如語音報警、聲光報警等)、不同級別(如緊急、注意等)的報警服務;d.圖形語音提示：對各種狀態下的語音提示信息進行組態;e.信息管理：根據需要提供系統與用戶之間對話的接口，允許用戶根據需要對系統進行定制(如設定不同的報警等級、信號采樣速率等);f.設備運行日志：提供記錄設備運行參數等信息的數據庫，供信息管理模塊調閱、修改，故障診斷;g.遠程訪問服務：設備運行狀況等信息不但可以本地查看，還可以提供外部訪問服務。

　　2 系統硬件設計

　　2.1 系統硬件整體設計

　　光纖式在線溫度監測及災害預警系統硬件由兩部分組成：現場儀表和監控主機。

　　圖 2 表示了該系統的硬件邏輯結構。現場儀表包括光纖溫度傳感器、多通道光纖溫度監測儀等，安裝于溫度監測現場(開關柜)。監控主機安裝于監控室內，運行系統監控功能軟件，可以對現場多通道光纖溫度監測儀進行相關設定與控制，同時建立設備運行檔案， 并可以實現語音報警。現場儀表和監控主機之間采用 RS-485 總線進行連接，構成監控網絡。

　　2.2 系統硬件模塊設計

　　2.2.1 光纖溫度采集模塊。光纖溫度采集模塊作為溫度數據采集裝置，采用 Nsmart8 光纖溫度測量儀，能夠同時支持 6 個光纖溫度傳感器，實現最多 6 通道的溫度測量。通過光纖與光纖溫度傳感器連接，實現溫度信號的采集，帶背光的 LCD 顯示屏能夠同時顯示 6 個通道的溫度數值。每個多通道光纖溫度在線監測儀具有兩個專用設備地址號和一個通用地址號碼(0x00)，用于主機與現場設備通訊時使用。

　　2.2.2 智能溫度分析報警模塊。 基于 ARM 構造的嵌入式系統，通過 485 總線與監控主機進行通訊，可以實現溫度的在線分析與現場報警，報警閥值和報警方式可以由上位機設定。報警采用綠、黃、紅三個 LED 指示燈和一個蜂鳴器。根據預置溫度范圍分別以三種顏色表示當前溫度狀態， 并可以根據系統設定控制蜂鳴器報警。

　　2.2.3 RS-485 網絡接口。多通道光纖溫度在線監測儀具有一個 RS-485 接口，最大的通訊距離約為 1219m，最高傳輸速率為 10Mbps。該接口用于與上位計算機的網絡連接與通信，可以支持 64 個多通道光纖溫度在線監測儀聯網運行。根據實際情況，如果需傳輸更長的距離，可以增加 485 中繼器。

　　2.2.4 上位機及語音報警裝置。上位機使用高性能工業控制計算機，采用標準 RS-485 總線與現場多通道光纖溫度在線監測儀構成總線型網絡，對分布于現場各個監測點的溫度監測、報警設備進行統一管理和設定，并對全部的溫度數據實現統一管理。計算機安裝了界面友好的監控軟件，提供監控和報警設定接口，同時配置有源音箱，對于異常狀況可以實現本地語音報警和屏幕圖形警示。

　　3 監控主機系統軟件設計

　　監控主機系統軟件采用 Windows 應用程序，實現下位機硬件組態、數據采集、顯示、 記錄、智能分析、語音報警處理等主要功能。該軟件系統人機界面友好，操作簡單，無需專業技術儲備。其實現的主要模塊界面有：

　　3.1 主控界面

　　完成數據的采集、記錄、智能分析、數字量顯示以及圖形化顯示等，并根據采集數據與設定閥值的關系進行語音報警及圖形化顯示。智能化數據分析模塊對采集到的溫度數據進行分析，根據對采集數據的梯度分析對觸點的溫度變化趨勢進行必要的預測及預警。

　　3.2 歷史數據管理

　　將記錄的歷史數據以圖形化方式顯示出來，從而可以分析觸點溫度變化趨勢，便于根據溫度值變化趨勢進行預警處理。該界面同時具有歷史數據打印功能，便于當某些觸點出現非正常變化趨勢時，專家可以通過對歷史數據的診斷提出必要的預防處理措施。

　　3.3 硬件組態模塊

　　根據現場端設備的配置情況，設定各采集模塊及報警模塊的設備地址，采用的數據通道，安裝位置，數據存儲格式，設定圖形顯示模式等。該模塊在系統組態態時使用，運行過程中為了保證系統的安全性對該模塊設置了屏蔽。

　　4 結束語

　　在現代自動化、連續性工業生產過程中，一次意外的電力系統故障能導致嚴重的財力浪費，甚至發生火災、危及人身安全，造成不可挽回的損失。通過對配電室事故的綜合分析研究發現，除了人為的違章操作外，最終導致重大損失的事故幾乎都是以火災的形式發生，而火災的直接原因主要是短路、過載、接觸不良、器件缺陷或老化等。長期運行過程中，開關柜中的觸點和母線排連接處等部位老化和接觸電阻過大而發熱，是造成供電系統失效的主要原因是之一。而觸點與母線排在封閉的開關柜內，發熱部位不易監測，因此對在封閉開關柜內的開關觸點、母線排連接處工作溫度進行在線監測，提前發現和排除熱故障隱患， 對電力系統的安全可靠運行具有非常重要的意義。

　　參考文獻：

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