期刊論文網(wǎng)配電柜預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

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

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

　　與傳統(tǒng)的此類系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)更具有全局性、實時響應(yīng)性、預(yù)見性和通用性，通過檢測開關(guān)柜內(nèi)觸點的溫度，對異�，F(xiàn)象進行及時處理，可有效防止嚴重事故的發(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)備的運行溫度監(jiān)測尤為重要，本系統(tǒng)推廣應(yīng)用將具有廣闊的前景。此外，設(shè)備運行檔案記錄了相關(guān)設(shè)備的正常運行參數(shù)，通過對設(shè)備不同時間段運行數(shù)據(jù)的對比診斷，可以判斷器件的老化情況，掌握設(shè)備溫度變化趨勢，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)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(fā)現(xiàn)元器件缺陷。本系統(tǒng)對于提高設(shè)備故障診斷檢測技術(shù)水平，及時發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備隱患具有重要的指導(dǎo)作用。同時在線監(jiān)測可以避免人工點檢帶來的人身安全隱患，對實現(xiàn)安全生產(chǎn)有重要意義。

　　目前對開關(guān)柜觸點、大電流接點等易發(fā)熱部位的監(jiān)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(fā)現(xiàn)故障點。同時大部分高壓開關(guān)柜采用封閉式結(jié)構(gòu)，開關(guān)觸點和母線排連接處工作環(huán)境惡劣，傳統(tǒng)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(nèi)設(shè)備缺乏跟蹤監(jiān)測手段,不能及時發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)設(shè)備發(fā)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(zhì)安全的優(yōu)點，采用人工智能相關(guān)技術(shù)，針對配電設(shè)備開發(fā)出了多點溫度檢測和智能診斷系統(tǒng)，提出并設(shè)計了一種基于多通道光纖溫度監(jiān)測、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)計了監(jiān)控主機配套軟件。

　　1 系統(tǒng)測量預(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)鍵部件上進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集，通過光纖作為通訊介質(zhì)將實時溫度數(shù)據(jù)采集到現(xiàn)場智能采集設(shè)備，現(xiàn)場設(shè)備進行故障診斷、處理，并且將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控主機，在監(jiān)控主機對數(shù)據(jù)進行處理、保存、打印等智能診斷，根據(jù)運行狀態(tài)提供不同級別的報警服務(wù)。系統(tǒng)同時提供網(wǎng)絡(luò)化接口，供遠程訪問使用。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，對配電柜觸點溫度進行非接觸式在線測量，用于采集現(xiàn)場信息;b.故障診斷：對數(shù)據(jù)采集模塊提供的原始數(shù)據(jù)進行分析處理;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(wù);d.圖形語音提示：對各種狀態(tài)下的語音提示信息進行組態(tài);e.信息管理：根據(jù)需要提供系統(tǒng)與用戶之間對話的接口，允許用戶根據(jù)需要對系統(tǒng)進行定制(如設(shè)定不同的報警等級、信號采樣速率等);f.設(shè)備運行日志：提供記錄設(shè)備運行參數(shù)等信息的數(shù)據(jù)庫，供信息管理模塊調(diào)閱、修改，故障診斷;g.遠程訪問服務(wù)：設(shè)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(wù)。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　2.1 系統(tǒng)硬件整體設(shè)計

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

　　圖 2 表示了該系統(tǒng)的硬件邏輯結(jié)構(gòu)�，F(xiàn)場儀表包括光纖溫度傳感器、多通道光纖溫度監(jiān)測儀等，安裝于溫度監(jiān)測現(xiàn)場(開關(guān)柜)。監(jiān)控主機安裝于監(jiān)控室內(nèi)，運行系統(tǒng)監(jiān)控功能軟件，可以對現(xiàn)場多通道光纖溫度監(jiān)測儀進行相關(guān)設(shè)定與控制，同時建立設(shè)備運行檔案， 并可以實現(xiàn)語音報警�，F(xiàn)場儀表和監(jiān)控主機之間采用 RS-485 總線進行連接，構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

　　2.2 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計

　　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 光纖溫度測量儀，能夠同時支持 6 個光纖溫度傳感器，實現(xiàn)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(xiàn)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(shù)值。每個多通道光纖溫度在線監(jiān)測儀具有兩個專用設(shè)備地址號和一個通用地址號碼(0x00)，用于主機與現(xiàn)場設(shè)備通訊時使用。

　　2.2.2 智能溫度分析報警模塊。 基于 ARM 構(gòu)造的嵌入式系統(tǒng)，通過 485 總線與監(jiān)控主機進行通訊，可以實現(xiàn)溫度的在線分析與現(xiàn)場報警，報警閥值和報警方式可以由上位機設(shè)定。報警采用綠、黃、紅三個 LED 指示燈和一個蜂鳴器。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)定控制蜂鳴器報警。

　　2.2.3 RS-485 網(wǎng)絡(luò)接口。多通道光纖溫度在線監(jiān)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(wǎng)絡(luò)連接與通信，可以支持 64 個多通道光纖溫度在線監(jiān)測儀聯(lián)網(wǎng)運行。根據(jù)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(yè)控制計算機，采用標準 RS-485 總線與現(xiàn)場多通道光纖溫度在線監(jiān)測儀構(gòu)成總線型網(wǎng)絡(luò)，對分布于現(xiàn)場各個監(jiān)測點的溫度監(jiān)測、報警設(shè)備進行統(tǒng)一管理和設(shè)定，并對全部的溫度數(shù)據(jù)實現(xiàn)統(tǒng)一管理。計算機安裝了界面友好的監(jiān)控軟件，提供監(jiān)控和報警設(shè)定接口，同時配置有源音箱，對于異常狀況可以實現(xiàn)本地語音報警和屏幕圖形警示。

　　3 監(jiān)控主機系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　監(jiān)控主機系統(tǒng)軟件采用 Windows 應(yīng)用程序，實現(xiàn)下位機硬件組態(tài)、數(shù)據(jù)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(tǒng)人機界面友好，操作簡單，無需專業(yè)技術(shù)儲備。其實現(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)系進行語音報警及圖形化顯示。智能化數(shù)據(jù)分析模塊對采集到的溫度數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)對采集數(shù)據(jù)的梯度分析對觸點的溫度變化趨勢進行必要的預(yù)測及預(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，從而可以分析觸點溫度變化趨勢，便于根據(jù)溫度值變化趨勢進行預(yù)警處理。該界面同時具有歷史數(shù)據(jù)打印功能，便于當(dāng)某些觸點出現(xiàn)非正常變化趨勢時，專家可以通過對歷史數(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)場端設(shè)備的配置情況，設(shè)定各采集模塊及報警模塊的設(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)時使用，運行過程中為了保證系統(tǒng)的安全性對該模塊設(shè)置了屏蔽。

　　4 結(jié)束語

　　在現(xiàn)代自動化、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)致嚴重的財力浪費，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。長期運行過程中，開關(guān)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(fā)熱，是造成供電系統(tǒng)失效的主要原因是之一。而觸點與母線排在封閉的開關(guān)柜內(nèi)，發(fā)熱部位不易監(jiān)測，因此對在封閉開關(guān)柜內(nèi)的開關(guān)觸點、母線排連接處工作溫度進行在線監(jiān)測，提前發(fā)現(xiàn)和排除熱故障隱患， 對電力系統(tǒng)的安全可靠運行具有非常重要的意義。

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