期刊論文網(wǎng)配電柜預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘 要：本文作者介紹了配電柜預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)，供大家參考借鑒。

　　關(guān)鍵詞：配電柜,預(yù)警系統(tǒng),設(shè)計(jì)

　　與傳統(tǒng)的此類系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)更具有全局性、實(shí)時(shí)響應(yīng)性、預(yù)見性和通用性，通過檢測(cè)開關(guān)柜內(nèi)觸點(diǎn)的溫度，對(duì)異�，F(xiàn)象進(jìn)行及時(shí)處理，可有效防止嚴(yán)重事故的發(fā)生。當(dāng)前，電力系統(tǒng)向著 500kV 以上超高壓、大容量發(fā)展，高壓供電設(shè)備的運(yùn)行溫度監(jiān)測(cè)尤為重要，本系統(tǒng)推廣應(yīng)用將具有廣闊的前景。此外，設(shè)備運(yùn)行檔案記錄了相關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)行參數(shù)，通過對(duì)設(shè)備不同時(shí)間段運(yùn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比診斷，可以判斷器件的老化情況，掌握設(shè)備溫度變化趨勢(shì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患;對(duì)新更換電器元件的工作狀況進(jìn)行分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)元器件缺陷。本系統(tǒng)對(duì)于提高設(shè)備故障診斷檢測(cè)技術(shù)水平，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備隱患具有重要的指導(dǎo)作用。同時(shí)在線監(jiān)測(cè)可以避免人工點(diǎn)檢帶來的人身安全隱患，對(duì)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)有重要意義。

　　目前對(duì)開關(guān)柜觸點(diǎn)、大電流接點(diǎn)等易發(fā)熱部位的監(jiān)測(cè)手段大多采用手持式紅外線測(cè)溫儀定期進(jìn)行，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。同時(shí)大部分高壓開關(guān)柜采用封閉式結(jié)構(gòu)，開關(guān)觸點(diǎn)和母線排連接處工作環(huán)境惡劣，傳統(tǒng)的測(cè)溫儀表如熱電偶、紅外測(cè)溫儀等無(wú)法對(duì)這些位置進(jìn)行直

　　接接觸測(cè)量，使柜內(nèi)設(shè)備缺乏跟蹤監(jiān)測(cè)手段,不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)設(shè)備發(fā)熱點(diǎn)。

　　本文利用光纖具有抗電磁干擾、電絕緣、體積小、耐腐蝕、本質(zhì)安全的優(yōu)點(diǎn)，采用人工智能相關(guān)技術(shù)，針對(duì)配電設(shè)備開發(fā)出了多點(diǎn)溫度檢測(cè)和智能診斷系統(tǒng)，提出并設(shè)計(jì)了一種基于多通道光纖溫度監(jiān)測(cè)、串行通信和智能診斷處理的災(zāi)害預(yù)警處理系統(tǒng)，并且設(shè)計(jì)了監(jiān)控主機(jī)配套軟件。

　　1 系統(tǒng)測(cè)量預(yù)警原理

　　災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

　　光纖式溫度傳感模塊安裝于配電系統(tǒng)關(guān)鍵部件上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，通過光纖作為通訊介質(zhì)將實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)采集到現(xiàn)場(chǎng)智能采集設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行故障診斷、處理，并且將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控主機(jī)，在監(jiān)控主機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、保存、打印等智能診斷，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)提供不同級(jí)別的報(bào)警服務(wù)。系統(tǒng)同時(shí)提供網(wǎng)絡(luò)化接口，供遠(yuǎn)程訪問使用。該系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩大部分，其主要模塊包括：a.數(shù)據(jù)采集：采用光纖傳感器，對(duì)配電柜觸點(diǎn)溫度進(jìn)行非接觸式在線測(cè)量，用于采集現(xiàn)場(chǎng)信息;b.故障診斷：對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊提供的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理;c.災(zāi)害預(yù)警：根據(jù)故障診斷的結(jié)果，響應(yīng)信息管理模塊的報(bào)警請(qǐng)求，提供多種類型(如語(yǔ)音報(bào)警、聲光報(bào)警等)、不同級(jí)別(如緊急、注意等)的報(bào)警服務(wù);d.圖形語(yǔ)音提示：對(duì)各種狀態(tài)下的語(yǔ)音提示信息進(jìn)行組態(tài);e.信息管理：根據(jù)需要提供系統(tǒng)與用戶之間對(duì)話的接口，允許用戶根據(jù)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定制(如設(shè)定不同的報(bào)警等級(jí)、信號(hào)采樣速率等);f.設(shè)備運(yùn)行日志：提供記錄設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，供信息管理模塊調(diào)閱、修改，故障診斷;g.遠(yuǎn)程訪問服務(wù)：設(shè)備運(yùn)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(wù)。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 系統(tǒng)硬件整體設(shè)計(jì)

　　光纖式在線溫度監(jiān)測(cè)及災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)硬件由兩部分組成：現(xiàn)場(chǎng)儀表和監(jiān)控主機(jī)。

　　圖 2 表示了該系統(tǒng)的硬件邏輯結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場(chǎng)儀表包括光纖溫度傳感器、多通道光纖溫度監(jiān)測(cè)儀等，安裝于溫度監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)(開關(guān)柜)。監(jiān)控主機(jī)安裝于監(jiān)控室內(nèi)，運(yùn)行系統(tǒng)監(jiān)控功能軟件，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)多通道光纖溫度監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行相關(guān)設(shè)定與控制，同時(shí)建立設(shè)備運(yùn)行檔案， 并可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)警�，F(xiàn)場(chǎng)儀表和監(jiān)控主機(jī)之間采用 RS-485 總線進(jìn)行連接，構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

　　2.2 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)

　　2.2.1 光纖溫度采集模塊。光纖溫度采集模塊作為溫度數(shù)據(jù)采集裝置，采用 Nsmart8 光纖溫度測(cè)量?jī)x，能夠同時(shí)支持 6 個(gè)光纖溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)最多 6 通道的溫度測(cè)量。通過光纖與光纖溫度傳感器連接，實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的采集，帶背光的 LCD 顯示屏能夠同時(shí)顯示 6 個(gè)通道的溫度數(shù)值。每個(gè)多通道光纖溫度在線監(jiān)測(cè)儀具有兩個(gè)專用設(shè)備地址號(hào)和一個(gè)通用地址號(hào)碼(0x00)，用于主機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通訊時(shí)使用。

　　2.2.2 智能溫度分析報(bào)警模塊。 基于 ARM 構(gòu)造的嵌入式系統(tǒng)，通過 485 總線與監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行通訊，可以實(shí)現(xiàn)溫度的在線分析與現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，報(bào)警閥值和報(bào)警方式可以由上位機(jī)設(shè)定。報(bào)警采用綠、黃、紅三個(gè) LED 指示燈和一個(gè)蜂鳴器。根據(jù)預(yù)置溫度范圍分別以三種顏色表示當(dāng)前溫度狀態(tài)， 并可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定控制蜂鳴器報(bào)警。

　　2.2.3 RS-485 網(wǎng)絡(luò)接口。多通道光纖溫度在線監(jiān)測(cè)儀具有一個(gè) 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(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接與通信，可以支持 64 個(gè)多通道光纖溫度在線監(jiān)測(cè)儀聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際情況，如果需傳輸更長(zhǎng)的距離，可以增加 485 中繼器。

　　2.2.4 上位機(jī)及語(yǔ)音報(bào)警裝置。上位機(jī)使用高性能工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，采用標(biāo)準(zhǔn) RS-485 總線與現(xiàn)場(chǎng)多通道光纖溫度在線監(jiān)測(cè)儀構(gòu)成總線型網(wǎng)絡(luò)，對(duì)分布于現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度監(jiān)測(cè)、報(bào)警設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理和設(shè)定，并對(duì)全部的溫度數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。計(jì)算機(jī)安裝了界面友好的監(jiān)控軟件，提供監(jiān)控和報(bào)警設(shè)定接口，同時(shí)配置有源音箱，對(duì)于異常狀況可以實(shí)現(xiàn)本地語(yǔ)音報(bào)警和屏幕圖形警示。

　　3 監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)軟件采用 Windows 應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)下位機(jī)硬件組態(tài)、數(shù)據(jù)采集、顯示、 記錄、智能分析、語(yǔ)音報(bào)警處理等主要功能。該軟件系統(tǒng)人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)單，無(wú)需專業(yè)技術(shù)儲(chǔ)備。其實(shí)現(xiàn)的主要模塊界面有：

　　3.1 主控界面

　　完成數(shù)據(jù)的采集、記錄、智能分析、數(shù)字量顯示以及圖形化顯示等，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)與設(shè)定閥值的關(guān)系進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警及圖形化顯示。智能化數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)對(duì)采集數(shù)據(jù)的梯度分析對(duì)觸點(diǎn)的溫度變化趨勢(shì)進(jìn)行必要的預(yù)測(cè)及預(yù)警。

　　3.2 歷史數(shù)據(jù)管理

　　將記錄的歷史數(shù)據(jù)以圖形化方式顯示出來，從而可以分析觸點(diǎn)溫度變化趨勢(shì)，便于根據(jù)溫度值變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)警處理。該界面同時(shí)具有歷史數(shù)據(jù)打印功能，便于當(dāng)某些觸點(diǎn)出現(xiàn)非正常變化趨勢(shì)時(shí)，專家可以通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的診斷提出必要的預(yù)防處理措施。

　　3.3 硬件組態(tài)模塊

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)端設(shè)備的配置情況，設(shè)定各采集模塊及報(bào)警模塊的設(shè)備地址，采用的數(shù)據(jù)通道，安裝位置，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，設(shè)定圖形顯示模式等。該模塊在系統(tǒng)組態(tài)態(tài)時(shí)使用，運(yùn)行過程中為了保證系統(tǒng)的安全性對(duì)該模塊設(shè)置了屏蔽。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　在現(xiàn)代自動(dòng)化、連續(xù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中，一次意外的電力系統(tǒng)故障能導(dǎo)致嚴(yán)重的財(cái)力浪費(fèi)，甚至發(fā)生火災(zāi)、危及人身安全，造成不可挽回的損失。通過對(duì)配電室事故的綜合分析研究發(fā)現(xiàn)，除了人為的違章操作外，最終導(dǎo)致重大損失的事故幾乎都是以火災(zāi)的形式發(fā)生，而火災(zāi)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(zhǎng)期運(yùn)行過程中，開關(guān)柜中的觸點(diǎn)和母線排連接處等部位老化和接觸電阻過大而發(fā)熱，是造成供電系統(tǒng)失效的主要原因是之一。而觸點(diǎn)與母線排在封閉的開關(guān)柜內(nèi)，發(fā)熱部位不易監(jiān)測(cè)，因此對(duì)在封閉開關(guān)柜內(nèi)的開關(guān)觸點(diǎn)、母線排連接處工作溫度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)和排除熱故障隱患， 對(duì)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行具有非常重要的意義。

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