【正文】 致 謝經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及同學(xué)和師兄們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)我而言十分困難。 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師江虹老師。江老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料、方案設(shè)計(jì)修改、中期檢查、后期詳細(xì)設(shè)計(jì)以及論文寫(xiě)作過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。 其次要感謝帶我作畢業(yè)設(shè)計(jì)的貝偉仰師兄、許文舉師兄、徐冠軍師兄、王軍紅師姐，在他們的幫助下克服了許多困難來(lái)完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 然后還要感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師，為我們打下通信專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì),此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。還有，感謝我的父母家人，感謝他們一直以來(lái)對(duì)我的付出與關(guān)心，感謝他們一直在背后默默的支持我，正是因?yàn)樗麄儯庞辛宋医裉斓囊磺?。最后感謝西南科技大學(xué)，感謝信息工程學(xué)院四年來(lái)對(duì)我的大力栽培。參考文獻(xiàn)[1]：吳云峰．電氣設(shè)備控制屏紅外測(cè)溫檢測(cè)儀的軟硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D]．吉林大學(xué)，[2]：周書(shū)栓．紅外輻射測(cè)量基礎(chǔ)[M]．上海交通大學(xué)出版社，：23～108.[3]：錢(qián)偉．基于紅外傳感器的開(kāi)關(guān)柜溫度在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 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摘要：在本文中，對(duì)高壓開(kāi)關(guān)(HVS)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。采取接觸溫度的測(cè)量方法,使用數(shù)字溫度傳感器測(cè)量開(kāi)關(guān)接觸溫度。系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和處理模塊的供電由高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)母線(xiàn)電流變換器提供，采用紅外無(wú)線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸實(shí)現(xiàn)電壓隔離。此外,還介紹了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能以及系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì),并在文章最后給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)溫度測(cè)量和顯示、溫升分析與報(bào)警。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了該系統(tǒng)具有功耗低、安裝方便、精度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：高壓開(kāi)關(guān)柜，數(shù)字溫度傳感器，實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)，紅外無(wú)線(xiàn)傳輸，高低電壓隔離1 引言高壓開(kāi)關(guān)(HVS)在電力系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用,擔(dān)負(fù)著為開(kāi)啟和關(guān)閉的電線(xiàn)以及保障電網(wǎng)系統(tǒng)安全性的重任。由于柜內(nèi)接觸點(diǎn)接觸電阻太大、過(guò)熱老化造成高壓開(kāi)關(guān)柜發(fā)熱，設(shè)備過(guò)熱會(huì)降低金屬材料的力學(xué)強(qiáng)度和加速電氣絕緣材料老化,最終可能導(dǎo)致設(shè)備故障從而引發(fā)嚴(yán)重事故。因此, 對(duì)連接點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)及時(shí)消除隱患確保設(shè)備正常運(yùn)行,提高電力系可靠性非常重要。目前,主要有兩種方法來(lái)測(cè)量高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)接觸點(diǎn)的溫度:接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量。非接觸式測(cè)量方法,主要包括紅外輻射測(cè)溫及光纖溫度測(cè)量。然而, 紅外輻射測(cè)溫測(cè)量準(zhǔn)確度不夠高,尤其難以獲取被隔絕的接觸點(diǎn)的溫,而光纖溫度測(cè)量要有較高的穩(wěn)定性需要有光接收或發(fā)送電路，但是存在精密不夠高、速度不快、成本較高和空間分布困難的缺點(diǎn)。雖然接觸測(cè)量方法可以直接獲取溫度信號(hào), 由于溫度傳感器處于強(qiáng)電磁場(chǎng)，高溫環(huán)境下它同樣有許多缺點(diǎn),例如供電電源困難,高低電壓隔離和信號(hào)傳輸?shù)??？紤]到測(cè)量精密及安裝的方便,本設(shè)計(jì)仍然采用接觸測(cè)量方法。為了克服上述問(wèn)題,采用了電流互感器和紅外無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)。2高壓開(kāi)關(guān)柜在線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述高壓開(kāi)關(guān)柜在線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以分為五個(gè)部分通訊模塊、模塊溫度數(shù)據(jù)采集模塊、供電電流傳感器(CT)模塊，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。六個(gè)溫度采集節(jié)點(diǎn)分別安裝在每一個(gè)高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)對(duì)三相隔離開(kāi)關(guān)接觸點(diǎn)進(jìn)行溫度采集,節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)可根據(jù)需求增加或減少?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元(FMU)安裝在開(kāi)關(guān)柜外表面，采用紅外線(xiàn)通訊模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。利用紅外線(xiàn)為載體, 根據(jù)從模塊2傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行接觸點(diǎn)的溫度計(jì)算，然后顯示它。與此同時(shí),它可以分析升溫、報(bào)警、保存或查詢(xún)記錄、參數(shù)設(shè)定、發(fā)送溫度數(shù)據(jù)和報(bào)警通過(guò)RS485總線(xiàn)與PC連接。圖 1 溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電力供應(yīng)模塊CT、測(cè)溫節(jié)點(diǎn)和模塊1是位于高壓一邊，而FMU模塊和模塊2是位于了低壓一側(cè)，測(cè)溫節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品如圖2所示。本產(chǎn)品用于高壓開(kāi)關(guān)柜時(shí)只需要幾個(gè)安裝孔而不改變開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)并且對(duì)開(kāi)關(guān)柜的各種性能，尤其是電絕緣性能沒(méi)有影響。圖 2 產(chǎn)品實(shí)物A． 目前變頻器供電的應(yīng)用基于電磁感應(yīng)及鐵芯磁飽和原理、CT電源是專(zhuān)為測(cè)溫節(jié)點(diǎn)和模塊1提供供電。通過(guò)安裝一個(gè)由硅鋼片制成的磁性的磁芯,在載流的樹(shù)干,感應(yīng)圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),因?yàn)榇怕吩诖判臼切纬傻慕蛔兇艌?chǎng)下,引起高軀干電流。該方法根據(jù)鐵芯磁飽和的原理當(dāng)主干電流足夠高使得磁芯達(dá)到磁飽和狀態(tài)時(shí)得到的電流,因此通常感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)穩(wěn)定,如圖3所示。圖 3 電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電壓波形B． 測(cè)溫節(jié)點(diǎn)數(shù)字溫度傳感器轉(zhuǎn)換溫度值具有超低功耗、頻率選擇優(yōu)點(diǎn),它采用單線(xiàn)傳輸信號(hào)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。因此使得測(cè)溫節(jié)點(diǎn)具有成本低、體積小、重量輕的特點(diǎn)。測(cè)溫節(jié)點(diǎn)由熱收縮管軋制,然后固定在高壓開(kāi)關(guān)柜一邊的六個(gè)三相接觸(A,B和C)上。其輸出的方波信號(hào)已被接觸點(diǎn)的溫度所調(diào)制。C． 紅外通信模塊紅外通信模塊主要進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令傳輸,包括模塊1和模塊2。模塊1主要工作是調(diào)整溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為紅外脈沖信號(hào)并發(fā)送給模塊2和接收檢測(cè)溫度命令。模塊2發(fā)送收到紅外脈沖信號(hào),傳送到FMU并將溫度采集命令發(fā)送給模塊1。紅外通信運(yùn)用于兩個(gè)模塊間通信具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如電壓隔離、電磁不破壞電氣性能。對(duì)溫度信號(hào)的傳輸處理過(guò)程如圖4所示。圖 4 溫度信號(hào)處理發(fā)送測(cè)溫節(jié)點(diǎn)模塊2的主要部分是PT2272, PT2272具有抑制噪聲能力和12位三太地址，最多可以提供531441個(gè)地址編碼。每個(gè)感測(cè)器在測(cè)溫節(jié)點(diǎn)中的地址在溫度都又它設(shè)定,從而大幅度削減任何代碼的碰撞和未經(jīng)授權(quán)的代碼掃描的可能性。PT2272工作后如果有請(qǐng)求信號(hào)，則將接收到的地址于它自己的地址進(jìn)行比較。如果兩個(gè)地址彼此匹配,就將數(shù)據(jù)存對(duì)應(yīng)的寄存器中。然后在具有良好匹配的連續(xù)兩個(gè)地址下發(fā)送已調(diào)制的溫度信號(hào)的。編碼是由程序控制，這樣就可以省略掉編碼芯片,使得模塊2的電路簡(jiǎn)化達(dá)到降低成本和提高穩(wěn)定性和可靠性。一個(gè)模塊2與3個(gè)模塊2對(duì)應(yīng)如圖1中所示。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠椒€(wěn),兩個(gè)模塊之間的紅外線(xiàn)接收二極管和紅外發(fā)射二極管的位置必須對(duì)齊,安裝使用過(guò)程中盡量繞開(kāi)障礙物。實(shí)驗(yàn)證明, 紅外接收和發(fā)射二極管之間的距及水平傾角對(duì)紅外通信沒(méi)有明顯影響。D． 監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)FMU采用 STC單片機(jī)、12C5A32AD作為主要的控制器,它具有豐富的資源,如:32KB閃光,1280 B靜態(tài)存儲(chǔ)器,4KB EEPROM,看門(mén)狗和I / O等,完全滿(mǎn)足程序儲(chǔ)程、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)記錄、過(guò)壓保護(hù)以及其他相關(guān)系統(tǒng)復(fù)位功能的要求。除此之外,它還有許多其它的組件,例如實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1307記錄系統(tǒng)時(shí)間,28 * 64液晶溫度顯示、報(bào)警模塊, 與電腦進(jìn)行通信得MAX485。它的硬件框圖如圖5所示。圖 5 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件框圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用KielCx51語(yǔ)言進(jìn)行程序編寫(xiě),系統(tǒng)軟件用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)測(cè)量點(diǎn)的溫度并提示預(yù)警、報(bào)警及溫度上升分析后繼電器的控制。用戶(hù)可以通過(guò)鑰匙設(shè)定或修改報(bào)警溫度值、溫度采間隔時(shí)間和傳感器地址以方便信息的查詢(xún)。該系統(tǒng)的軟件主要包括主程序、溫度采集、溫度計(jì)算、報(bào)警、按鍵服務(wù)和與電腦通訊程序。A． 主程序主程序通過(guò)用PT2272循環(huán)的從既定的地址逐一的采集溫度信號(hào), 并檢查溫度的上升是否存在異常。如果任何一個(gè)鍵被按則轉(zhuǎn)向執(zhí)行相應(yīng)的sub程序,否則顯示當(dāng)前的溫度值。PC機(jī)和上部FMU之間的通信采用中斷模式來(lái)夠?qū)崿F(xiàn)。主程序流程圖如圖6所示。圖 6 主程序流程圖B． 溫度測(cè)量和數(shù)據(jù)處理溫度測(cè)量的精度與信號(hào)的頻率密切相關(guān),因?yàn)樾盘?hào)的頻率已經(jīng)被設(shè)備溫度所調(diào)制。考慮到測(cè)量精度、測(cè)量方法能多處使用以及專(zhuān)為防止數(shù)據(jù)誤差降低誤碼率對(duì)溫度信號(hào)的無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)挠绊懚O(shè)計(jì)的微分比較算法，設(shè)計(jì)出溫度數(shù)據(jù)處理流程，如圖7所示。由于改變溫度不可能在極短的時(shí)間內(nèi)迅速變化,因此認(rèn)為兩個(gè)相鄰測(cè)量點(diǎn)有5176。C的測(cè)量誤差。圖 7 數(shù)據(jù)處理程序流程5實(shí)驗(yàn)本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在安徽凱麗供電科技集團(tuán)有限公司的一個(gè)高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝在高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)通過(guò)測(cè)量熱電偶測(cè)溫(TT)進(jìn)行監(jiān)控接觸的溫度變化和測(cè)量值的比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,溫度的變化規(guī)律和設(shè)備負(fù)荷變化是一致的, 該系統(tǒng)在高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)運(yùn)行穩(wěn)定可靠動(dòng)態(tài)測(cè)量精度高,誤差小于177。176。C,%。6結(jié)論本文所描述的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)在10千伏的高壓開(kāi)關(guān)柜中運(yùn)行。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)接觸點(diǎn)的溫度和顯示,當(dāng)溫度超過(guò)預(yù)設(shè)的極限值時(shí)產(chǎn)生警報(bào)。由于利用了數(shù)字溫度傳感器和無(wú)線(xiàn)紅外通信技術(shù),使得系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快的特點(diǎn),電力供應(yīng)的CT設(shè)計(jì),不但能為模塊一提供能量，而且避了高壓開(kāi)關(guān)柜的電氣的傷害。用戶(hù)可以通過(guò)鑰匙直接設(shè)定報(bào)警及環(huán)境參數(shù)。它同時(shí)通過(guò)RS485總線(xiàn)連接到一臺(tái)計(jì)算機(jī)上提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。結(jié)果表明該系統(tǒng)在40176。C~125176。C范圍內(nèi)測(cè)量精度可達(dá)1176。C，因此該系統(tǒng)可以用于高壓開(kāi)關(guān)保護(hù)避免溫度過(guò)高所引起的事故，從而提高供電電網(wǎng)的可靠性。參考文獻(xiàn)[1] ZHANG Yan, TIAN Jing, YE Fengchun. 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