【正文】 件系統(tǒng)流程如圖 32： 上 電 復(fù) 位初 始 化 片 內(nèi) 資 源初 始 化 1 w i r e 接 口初 始 化 上 位 機(jī) 通 信收 到 上 位 機(jī) 采 集命 令 ?采 集 數(shù) 字 傳 感 器 數(shù) 據(jù)發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 是否 圖 34開關(guān)柜數(shù)據(jù)采集器固件系統(tǒng)流程 Switch cabi data acquisition firmware system process 王進(jìn)：低壓開關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 開關(guān)柜數(shù)據(jù)采集器固件主要由以下幾個(gè)模塊組成： 系統(tǒng)初始化模塊的作用是在數(shù)據(jù)采集器上電時(shí)完成對(duì)系統(tǒng)各硬件模塊的初始化設(shè)置。本設(shè)計(jì)單片機(jī)選用 AT89C52， AT89C52 是一種帶 4K字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位 微處理器 ，俗稱 單片機(jī) 。數(shù)據(jù)采集器有兩個(gè)作用：第一，采集開關(guān)柜內(nèi)電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器的信號(hào)，再轉(zhuǎn)換為電壓值、電流值、溫度值；第二，通過(guò) RS485 總線與上位機(jī)通信，接收上位機(jī)的指令，并向上位機(jī)發(fā)送開關(guān)柜電壓、電流、溫度數(shù)據(jù)。 王進(jìn)：低壓開關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 傳感器的主要安裝步驟如下 : (l)對(duì)應(yīng)每個(gè)開關(guān)柜的測(cè)點(diǎn)，選擇相應(yīng)的傳感器，并填寫傳感器位置列表； (2)將傳感器的底面與安裝位置的表面分別進(jìn)行打磨、擦拭，確保其接觸面粗糙但無(wú)浮灰； (3)調(diào)配環(huán)氧樹脂，待到環(huán)氧樹脂稍微有些硬化時(shí)，均勻涂抹到安裝位置的表面和傳感器的底面； (4)將傳感器的 底面在涂好樹脂的位置粘接，并用絕緣膠帶固定，保證傳感器的探頭和尾纖之間沒(méi)有較大應(yīng)力； (5)根據(jù)不同開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行布線，在保證絕緣的同時(shí)力求美觀大方。 電子式電流互感器包括霍爾電流傳感器、羅柯夫斯基電流傳感器及專用于 變頻電量 測(cè)量的 AnyWay 變頻功率傳感器（可用于電壓、電流和功率測(cè)量）等。 電流傳感器的選擇 電流 傳感器 ，是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)電流的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為符合一定標(biāo)準(zhǔn)需要的電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。單相交流電壓傳感器是指將被測(cè)交流電壓隔離轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的單路標(biāo)準(zhǔn)直流電壓或直流電流，三相交流電壓傳感器是指將被測(cè)三相交流電壓隔離轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的三路標(biāo)準(zhǔn)直流電壓或直流電流。雙路直流電壓傳感器是指將被測(cè)直流電壓隔離轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的雙路標(biāo)準(zhǔn)直流電壓或直流電流的裝置。 直流電壓 傳感器是指將被測(cè)直流電壓隔離轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的標(biāo)準(zhǔn)直流電壓或 直流電流 的裝置。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 電壓傳感器的選擇 霍爾電壓傳感器是一種利用霍爾效應(yīng)，將原邊電壓通過(guò)外置或內(nèi)置電阻，將電流限制在 10mA,此電流經(jīng)過(guò)多匝繞組之后，經(jīng)過(guò)聚磁材料將原邊電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)被氣隙中的霍爾元件檢測(cè)到，并感應(yīng)出相應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)經(jīng)過(guò)電路調(diào)整后反饋給補(bǔ)償線圈進(jìn)而補(bǔ)償，該補(bǔ)償線圈產(chǎn)生的磁通與原邊電流（被測(cè)電壓通過(guò)限流電阻產(chǎn)生）產(chǎn)生的磁通大小相等，方向相反，從而在磁芯中保持磁通為零。光 纖光柵傳感器獲取物理變化量。光纖光柵傳感系統(tǒng)主要由光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)、信號(hào)傳輸系統(tǒng)和傳感器三個(gè)主要部分組成。反射波長(zhǎng)和應(yīng)變、溫度、壓力物理量成線性關(guān)系。它能將入射光中某一特定波長(zhǎng)的光部分或全部反射。光纖光柵從結(jié)構(gòu)上可分為周期性結(jié)構(gòu)和非周期性結(jié)構(gòu) ,從功能上還可分為濾波型光柵和色散補(bǔ)償型光柵 ，色散補(bǔ)償型光柵是非周期光柵，又稱為惆啾光柵 (chirp 光柵 )。這些器件具有反射帶寬范圍大、附加損耗小、體積小，易與光纖禍合 ,可與其它光器件兼容成一體 ,不受環(huán)境塵埃影響等一系列優(yōu)異性能。而在纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵，其作用的實(shí)質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的 (透射或反射 )濾波器或反射鏡。光纖光柵是利用光纖中的光敏性制成的。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 31開關(guān)柜內(nèi)光纖光柵溫度傳感器實(shí)物圖 sensor of fiber grating temperature sensor in switchgear 光纖光柵傳感器在低壓開關(guān)柜內(nèi)的安裝如圖 (32)所示。傳感器的探頭尺寸 比 較小 ， 可以方便地安裝在空間狹小、元件密集的開關(guān)柜內(nèi) ， 避免了對(duì)開關(guān)柜運(yùn)行、檢修等的影響 ； 尾纖的長(zhǎng)度將根據(jù)傳感器的位置來(lái)確定 ， 一般在 4m 左右。 綜合以上幾點(diǎn) ,設(shè)計(jì)出的成品傳感器如圖 (31)所示。將光纖光柵用外殼封裝 ,重點(diǎn)考慮導(dǎo)熱膠的性能，光柵不能有預(yù)應(yīng)力，體積越小越好，這樣可保證較快的響應(yīng)速度并便于安裝。主要考慮跳線的絕緣耐壓特性，需通過(guò)有關(guān)部門的性能測(cè)試，以達(dá)到防止“爬電”的目的。除了考慮耐高壓、耐高溫條件外還需要考慮材料的機(jī)械強(qiáng)度及粘接性能。主要考慮光柵傳感器的測(cè)溫范圍、反射率、有無(wú)次峰等方面，選擇優(yōu)質(zhì)光柵傳感器。 王進(jìn)：低壓開關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 3 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件由電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器、信號(hào)傳輸線纜 (光纖或者無(wú)線通信 )、數(shù)據(jù)采集變換器、 RS485 總線、 RS485/RS232 轉(zhuǎn)換器以及監(jiān)控中心構(gòu)成。溫度監(jiān)控系統(tǒng)軟件是個(gè)多任務(wù)操作軟件，例如通過(guò) RS232 串行總線實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)硬遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 件設(shè)備的控制與通信，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的 存儲(chǔ)，以曲線形式實(shí)時(shí)顯示測(cè)試數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)的查詢、曲線顯示以及操作記錄等。進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)配置的數(shù)據(jù)庫(kù)配置模塊、歷史數(shù)據(jù)查看的歷史應(yīng)用模塊和報(bào)警模塊。程序模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)的通信通過(guò) ODBC 技術(shù)完成。 本文設(shè)計(jì)的軟件由多個(gè) 模塊組成，各個(gè)模塊之間的通信通過(guò)共享內(nèi)存來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件具有在線采集、監(jiān)控、分析現(xiàn)場(chǎng)溫度的功能，這些分析包括超溫分析、溫升趨勢(shì)分析和相間溫差分析，并能做出報(bào)警、預(yù)報(bào)警 (包括溫升預(yù)報(bào)警，三相相間溫差預(yù)報(bào)警等 )、報(bào)警日志記錄等處理。它提供了大量預(yù)先編寫好的類及支持代碼，極大程度減少了工程開發(fā)所需的時(shí)間，提高了工作效率。監(jiān)控中心通過(guò)系統(tǒng)軟件對(duì)接收到的溫度信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚瓿娠@示、報(bào)警等功能。監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)一般采用工控機(jī)，而工控機(jī)只帶有 RS232接口，故 RS485總線末端需要用 RS485/RS232 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)化，方便系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集模塊可安裝在開關(guān)柜面板，并需要外部提供 24V 直流電源供電。要求傳感器測(cè)溫精度不小于 1 度。因此，對(duì) 于低壓開關(guān)柜的電壓、電流、溫度監(jiān)測(cè)，主要是對(duì)其電纜連接頭以及母線連接頭進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件由電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器、信號(hào)傳輸線纜 (光纖或者無(wú)線通信 )、數(shù)據(jù)采集變換器、 RS485 總線、 RS485/RS232 轉(zhuǎn)換器以及監(jiān)控中心構(gòu)成。 開關(guān)柜智能控制及運(yùn)行模擬裝置符合國(guó)家電力行業(yè)“五防”的要求設(shè)計(jì)研發(fā)，可以根據(jù)要求 實(shí)現(xiàn)一次回路的電壓、電流、溫度等顯示功能，配合相關(guān)操作控制回路及各類防誤操作電磁鎖，系統(tǒng)采用智能檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)合理的開關(guān)柜溫度和狀態(tài)模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)柜工作狀態(tài)模擬和環(huán)境監(jiān)測(cè)，單片機(jī)是開關(guān)柜智能控制裝置的核心，由它完成對(duì)監(jiān)控對(duì)象的選擇、狀態(tài)燈控制、模擬信號(hào)的輸入、數(shù)碼顯示、信號(hào)輸出電路設(shè)計(jì)以及與上位機(jī)數(shù)據(jù)通信等任務(wù)，而監(jiān)控中心通過(guò)對(duì)開關(guān)柜節(jié)點(diǎn)傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，在監(jiān)控中心還原開關(guān)柜的運(yùn)作情況，并對(duì)開關(guān)柜的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)與監(jiān)控，對(duì)于出現(xiàn)異常的開關(guān)柜進(jìn)行合理的安全處置。 本設(shè)計(jì)方案中，低壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以微型計(jì)算機(jī)作為監(jiān)測(cè)核心，結(jié)合高精度的溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集變換器及可靠的通訊技術(shù)，構(gòu)成功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便、工作安全可靠的在線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。用戶有特殊要求時(shí)可與制造廠協(xié)商解決。 GGD 型開關(guān)柜的使用條件： 高于 +40℃ ,不低于 5℃。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 2 開關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 本課題所選的低壓開關(guān)柜型號(hào)為 GGD 系列。 課題主要任務(wù) 本課題主要研究?jī)?nèi)容是設(shè)計(jì)一套低壓開關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)，具備以下功能：電壓、電流、工作溫度、柜內(nèi)環(huán)境溫度的在線監(jiān)測(cè)功能； 無(wú)線通信功能；遠(yuǎn)程控制功能； 完備的電壓保護(hù)、電流保護(hù)、溫度保護(hù)功能。 光纖 光柵傳感器可以在開關(guān)柜內(nèi)高電壓、大電流、強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)觸頭的高精度、高穩(wěn)定性的測(cè)量，且易于構(gòu)成分布式測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)所有觸頭進(jìn)行實(shí)時(shí)在線式監(jiān)測(cè)。 (4)適應(yīng)性強(qiáng)。 王進(jìn)：低壓開關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 (3)復(fù)用性強(qiáng)。 (2)通用性好。光纖光柵是 20 世紀(jì)九十年代發(fā)展起來(lái)的一種新型全光纖無(wú)源器件 ,與光纖完全兼容 ,它除了具有光纖本質(zhì)安全、抗電磁干擾、抗腐蝕、耐高溫、耐高壓 、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)： (l)穩(wěn)定性好，靈敏度高。最后 ,光纖傳感器 ,具有遠(yuǎn)超其他類型傳感器的測(cè)量靈敏度，容易實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。光纖傳感器的核心通常是光纖本身或光路中的光功能元件，其主要功能是與被測(cè)對(duì)象相互作用而產(chǎn)生反映被測(cè)量大小的光信息并通過(guò)一個(gè)或多個(gè)光纖引線和信號(hào)調(diào)節(jié)裝置，以傳輸包含被測(cè)量信息的光信號(hào)并完成測(cè) 量?！笆緶赜涗洏?biāo)簽”表面涂一層隨溫度變化而改變顏色的發(fā)光材料，通過(guò)觀察其顏色變化來(lái)大致確定溫度范圍，這種方法準(zhǔn)確度低、可讀性差，不能進(jìn)行定量測(cè)量，因此也不能滿足現(xiàn)在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的需要。三是：電氣設(shè)備的負(fù)荷是隨用戶需求量變化的，接點(diǎn)溫度也是隨之變化的，當(dāng)被監(jiān)視的電氣設(shè)備接點(diǎn)發(fā)生了不同程度的過(guò)熱，使用“示溫蠟片”不能隨之不同程度熔化或脫落下來(lái)。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 ：采用“示溫蠟片”存在一些問(wèn)題，一是：在粘貼時(shí)普遍采用清漆將“示溫 蠟片”粘貼在電氣設(shè)備需要測(cè)試的部位，這樣粘貼牢固后，待測(cè)點(diǎn)溫度達(dá)到“示溫蠟片”相同溫度時(shí)，不能脫落下來(lái)，只有溫度超過(guò)很大程度才會(huì)脫落下來(lái)，這樣很容易給操作人員造成誤導(dǎo)，判斷不及時(shí)。非接觸紅外測(cè)溫儀包括便攜式、在線式和掃描式三大系列 ,可以在線監(jiān)測(cè)。 ：紅外測(cè)溫有著響應(yīng)時(shí)間快、非接觸、使用安全及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)控軟件可以建立開關(guān)柜設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)，幫助工作人員監(jiān)測(cè)和分析開關(guān)柜內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)。所有的報(bào)警信息都被記錄數(shù)據(jù)庫(kù)中 ,以備查閱。利用溫度采集單元采集多路溫度信號(hào)并通過(guò) RS232 或RS485 總線上傳到監(jiān)控主機(jī)，主機(jī)采用巡檢式 (查詢式 )工作方法 ,逐一巡檢每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的溫度 ,并可統(tǒng)計(jì)、打印、報(bào)警，設(shè)定工作溫度范圍，顯示每個(gè)開關(guān)柜內(nèi)測(cè)量點(diǎn)的溫度及歷史數(shù)據(jù)。 王進(jìn)：低壓開關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 系統(tǒng)檢測(cè)軟件的設(shè)計(jì)要求 低壓開關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)是基于分布式溫度測(cè)量、電流電壓測(cè)量、數(shù)據(jù)采集與傳輸、顯示及報(bào)警等部分組成的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 在以前的開關(guān)柜過(guò)熱故障檢測(cè)中，采用人工巡檢，不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且不容易及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故。當(dāng)觸頭的溫度超過(guò)一定范圍，就會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部材料的機(jī)械強(qiáng)度下降，接觸電阻增大，同時(shí)過(guò)熱會(huì)引起絕緣材料的老化，其絕緣強(qiáng)度也會(huì)下降，甚至損壞。 7Arrester 開關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究 由于我國(guó)的開關(guān)柜絕大多數(shù)采取封閉式結(jié)構(gòu) ,散熱條件比較差 ,并且長(zhǎng)期處在高電壓、大電流、強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境之下，開關(guān)柜內(nèi)就會(huì)溫度升高，使觸頭的接觸電阻增大。 5Current transformer。 3Circuit breaker。 1busbar。 CCable room。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 圖 11 開關(guān)柜結(jié)構(gòu)示意圖 A斷路器室； B母線室； C電纜室； D儀表室； 1母線； 2靜觸頭盒； 3斷路器； 4接地開關(guān)； 5電流互感 器； 6電容分壓器； 7避雷器 The fabric schematic of the switchgear panel ACircuit breaker room。同時(shí)，隨著傳感器技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展， 使得對(duì)開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患并對(duì)累計(jì)性故障做出預(yù)測(cè)成為了可能。開關(guān)柜作為變電站的極其重要電氣設(shè)備 ,擔(dān)負(fù)著關(guān)合及斷開電力線路、保護(hù)系統(tǒng)安全的雙重作用，對(duì)變電站的安全、可靠運(yùn)行起 到舉足輕重的作用?？墒菍?shí)際生產(chǎn)中，開關(guān)柜一直處于長(zhǎng)期運(yùn)行中，其上的各個(gè)觸電及連接點(diǎn)等部位由于老化、污染易造成間隙過(guò)大或接觸電阻增大，在電流通過(guò)，特別是用電高峰期，容易產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，將會(huì)任由溫度升高，引發(fā)事故的產(chǎn)生。 伴隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷持續(xù)發(fā)展，用電量也隨之大幅度提高，電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行關(guān)系到我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活的穩(wěn)定。因此對(duì)其 進(jìn)行溫度和濕度的檢測(cè)是至關(guān)重要的。環(huán)境濕度日平均值不大于 95%，月平均值不大于 90%。過(guò)高的溫度也會(huì)使得柜內(nèi)的絕緣件的壽命大大縮短，絕緣強(qiáng)度下降。一般情況下，環(huán)境的溫度和濕度是我們必須要考慮的條件。開關(guān)柜防護(hù)要求“五防”：防止誤分誤合斷路器、防止帶電分合隔離開關(guān)、防止帶點(diǎn)合接開關(guān)、防止帶接地分合斷