摘要：設(shè)計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行溫度監(jiān)測和預警、設(shè)備管理等操作。經(jīng)過實際使用檢查，系統(tǒng)可以監(jiān)測整個社區(qū)各位置的插件箱的溫度，并可以進行遠程監(jiān)控和管理，具有實用性和可擴展性。

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；

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，容易使插入點的接觸電阻過大。再加上長期大電流運行和空氣氧化等因素的影響，插接點母線容易老化，使接觸電阻繼續(xù)增大。電流的熱效應變大，導致母線溫度升高。當母線溫度超過一定閾值時，會對電力系統(tǒng)設(shè)備造成危害，甚至發(fā)生火災。在某樓盤的施工、運維和廠家的現(xiàn)場測試中，47個插接箱中6個點的接觸電阻達到毫歐級，高達數(shù)十毫歐級。10m按接觸電阻為10mΩ，通過電流為250A計算，接觸點的加熱功率P=I2R=250A×250A×10mΩ=625W，相當于一臺家用電熱器的功率，可見一旦接觸電阻過大，溫度就會迅速升高。因此，有必要對母線溫度進行實時監(jiān)測和預警。

 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，風險高，不全面，不實時。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)娇蛻舳耍瑢崿F(xiàn)母線的實時溫度測量[5]。

一整體設(shè)計方案

 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MLX90614紅外測溫傳感器模塊。每個測溫模塊通過I2C總線將測溫數(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，將這樣一個負責監(jiān)控和發(fā)送數(shù)據(jù)的系統(tǒng)放置在每個插入箱中。云服務(wù)器負責在客戶端顯示接收到的所有溫度信息，并在客戶端實時監(jiān)控和預警母線的溫度，形成以云服務(wù)器為中心節(jié)點、插入箱內(nèi)部部分系統(tǒng)為子節(jié)點的星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。云服務(wù)器負責在客戶端顯示接收到的所有溫度信息，并在客戶端實時監(jiān)控和預警母線的溫度，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，為整個系統(tǒng)的每個模塊供電。

二硬件設(shè)計電路

 每個插件箱中都有一個終端溫度測量傳輸硬件系統(tǒng)，以STM32F103x8為主控芯片設(shè)計外圍電路。STM32F103x8內(nèi)核為32位高性能ARMCortex-M3處理器，時鐘頻率高達72MHz，可以以足夠高的頻率收集每個溫度數(shù)據(jù)。它還有兩個I2C接口、五個串口和SPI接口，有足夠的接口與外部設(shè)備相互通信。STM32F103x8讀取每個溫度測量模塊的溫度值，進行比較處理，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

 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，串入保險絲保護電路。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進行濾波，得到系統(tǒng)穩(wěn)定運行所需的3.3V電壓。

3時間電路

 為了為系統(tǒng)提供準確的時間間隔5分鐘向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)，DS1302芯片設(shè)計時間電路，DS1302是一個實時鐘芯片，可以提供秒、分、小時、日、月、年等信息，并具有軟件自動調(diào)整的能力。SPI通信為STM32F103x8提供準確的時間信息，時間電路圖如圖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，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是一種導軌4G-DTU，支持移動、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。在設(shè)計中選擇其網(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

1溫度采集、處理、發(fā)送軟件設(shè)計

2客戶端軟件設(shè)計

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、灰塵等因素導致接觸電阻過大，提高設(shè)備安全，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)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)計遵循國際標準-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、事件報警、曲線、棒圖、報告和用戶管理功能，可監(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。

2應用場所

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

1）溫度顯示

2）溫度曲線

3）運行報表

4）實時告警

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、通信層的邊緣計算網(wǎng)關(guān)和站控層的溫度測量系統(tǒng)主機組成，實現(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，實時將連接器中的每相溫度數(shù)據(jù)上傳到后臺，提示管理人員注意報警點或采取必要的預防措施。

AMB300紅外測溫網(wǎng)示意圖

AMB300紅外測溫系統(tǒng)拓撲圖

AMB300紅外測溫原理示意圖

安科瑞系統(tǒng)平臺界面

七結(jié)語

 本文設(shè)計了一套非接觸式密集型母線槽溫度測量系統(tǒng)，用于監(jiān)測和預警社區(qū)內(nèi)各母線與密集型母線槽插入箱的溫度，并對遠程客戶端界面進行實時管理和監(jiān)控。系統(tǒng)設(shè)計包括硬件電路設(shè)計和客戶端軟件設(shè)計。采用非接觸式測溫模塊，提高了測溫系統(tǒng)的安全性和準確性，不影響電力系統(tǒng)的運行。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，便于隨時添加和更改設(shè)備。此外，由于所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)相對簡單，所產(chǎn)生的流量成本在可接受的范圍內(nèi)。客戶端開發(fā)的可視化軟件可以快速查詢所有溫度數(shù)據(jù)，并具有報警提示功能，及時處理異常溫度。目前，該系統(tǒng)已投入社區(qū)實際使用。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。實踐表明，該系統(tǒng)實用可行，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計功能，具有很大的可擴展性。

參考文獻

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[2]陳瀾、卞星明、萬樹偉、王黎明、關(guān)志成。交流老化導線溫升特性的變化對載流量的影響[J].2014、40(5)高壓技術(shù)：1499-1506.

[3]李衛(wèi)文。基于無線通信的母線測溫系統(tǒng)[J].2008(6)廣東輸電變電技術(shù)：1-3.

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用手冊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)和應用。