國網(wǎng)渭南供電公司 郭文勇 楊亞妮 雷文鵬 付 峰 許小渭

1.前言

高壓開關柜在電力系統(tǒng)中有著非常廣泛的應用，是電廠、變配電站中的核心設備之一。在運行過程中，開關柜里面分、合部件的機械松動、連接觸點的磨損、觸頭的表面氧化和設備老化等原因，導致連接部件或接觸部件的接觸電阻增大，長期在高電壓、大電流和滿負荷的條件下運行，熱量集結加劇，極易導致開關柜內溫度升高，如不及時處理將出現(xiàn)局部熔焊、產(chǎn)生火花或電弧放電，最終造成電氣設備的損壞，甚至發(fā)生火災、爆炸等嚴重的供電事故；此外，高壓開關柜內部空間較為緊湊，柜內潮濕、結露等現(xiàn)象可能會導致開關設備發(fā)生爬電、閃絡等事故；一旦發(fā)生供電事故，短時間內無法恢復生產(chǎn)，從而造成重大經(jīng)濟損失。所以，溫度、濕度監(jiān)控在高壓開關柜運行過程中非常的重要，對高壓開關柜內部進行實時、準確、高效的溫濕度控制，可以延長設備使用壽命，保證高壓開關柜的安全運行，提高電力系統(tǒng)的運行可靠性，具有重大的經(jīng)濟效益和社會效益。

圖1 系統(tǒng)控制框圖

2.系統(tǒng)整體結構

本控制系統(tǒng)采用自動模式運行，通過傳感器采集高壓開關柜內部的溫濕度，當開關柜溫濕度超限或有結露趨勢時，一方面發(fā)出報警信號通知工作人員，一方面控制相應的通風、加熱設備，控制開關柜溫濕度的在正常的范圍之內，保障開關柜安全運行，同時為了方便工作人員觀測了解，本控制系統(tǒng)通過液晶顯示器實時顯示當前的溫濕度數(shù)據(jù)。系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

3.系統(tǒng)硬件設計

本控制系統(tǒng)采用模塊化設計方案，核心是微控制器，包括傳感器組、液晶顯示模塊、報警模塊、電源電路以及相應的加熱、通風等執(zhí)行機構，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件電路結構圖

3.1 微控制器

高壓開關柜內部的環(huán)境較為復雜，溫度、濕度、強電磁等，所以微控制器采用美國微芯公司生產(chǎn)一種產(chǎn)品PIC16F877單片機，集成AD轉換器、USART及SPI接口模塊，具有8K的程序存諸空間、512字節(jié)的數(shù)據(jù)存諸空間，此外該單片機采用Haryard雙總線結構，能使程序存儲器的訪問和數(shù)據(jù)存儲器的訪問并行處理，具有較高的運行速度，較為簡化的外圍電路，低功耗、抗干擾能力強等特點，可以適應高壓開關柜復雜的環(huán)境。

3.2 傳感器模塊

傳感器采用的是瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的SHT15溫濕度傳感器，其將溫濕度傳感器結合在一起，構成了一個單一的整體，提高測量精度并且可以精確得出露點值，具有極高的可靠性與長期的穩(wěn)定性；內部包含有A/D轉換器，可以直接將采集到的模擬量轉化為數(shù)字傳輸?shù)娇刂破鳎瑪?shù)據(jù)傳輸采用用串行通信方式，使系統(tǒng)集成更簡易快捷，同時還有精度高、反應迅速、功耗低等特點。實際使用過程中為提高測量的精度在DATA引腳接上10k的上拉電阻，在電源引腳(VCC,GND)之間增加一個100nF的電容用以去耦濾波，單個傳感器與微控制器的接口電路如圖3所示。

3.3 顯示器模塊

本控制系統(tǒng)需要顯示多點的被測量，因而采用微功耗12864液晶模，可以更加直觀的觀測開關柜內各點溫濕度，該模塊的數(shù)據(jù)端直接與單片機連接，E為使能端，控制讀/寫時序，R/W判斷讀寫操作，RS控制顯示和指令，使用時直接與單片機的I/O口連接，電路如圖4所示。

圖4 液晶顯示器接口電路

圖5 輸出控制電路

3.4 輸出控制模塊

大多數(shù)開關柜采用封閉式結構，在長期運行下熱量不宜擴散，造成開關柜內部溫度升高，當溫度超過設定上限時，極易發(fā)生供電事故；此外，開關柜內部相對濕度較大時容易產(chǎn)生結露現(xiàn)象，極易引起爬電、閃絡事故，危害供電安全。所以，當溫度高時啟動通風機，當有結露產(chǎn)生的趨勢時自動啟動加熱器，降低相對濕度或水蒸氣量，以改善設備內部環(huán)境，提高運行安全性。排風扇及加熱器輸出控制電路如圖5所示。電路采用光電耦合的方式提高控制系統(tǒng)抗干擾能力，單片機I/O口輸出低電平，光電耦合器S導通，繼電器K吸合，通過控制繼電器的通斷來控制相應設備的工作。

3.5 報警模塊

控制系統(tǒng)檢測到開關內部溫度過高、濕度超限時，控制系統(tǒng)輸出信號驅動三極管控制蜂鳴器發(fā)生及點亮報警燈，發(fā)出報警信號通知工作人員，同時輸出信號控制風機或加熱器工作，調節(jié)高壓開關柜內部環(huán)境。

圖6 主程序流程圖

4.系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)采用模塊化程序設計，包括主程序控制模塊，初始化程序以及功能控制主程序，由主程序調用各子程序以實現(xiàn)各模塊功能。系統(tǒng)上電完成復位后，利用傳感器檢測各個點的溫度和濕度信息，通過液晶顯示器顯示實時顯示出來，然后將溫濕度值與設定值進行比較，若溫度、濕度超限即報警和輸出控制信號，若開關柜內部溫度、濕度沒有超出設定值，則計算露點值，再次判斷是否有結露趨勢，最終得出信號控制執(zhí)行機構調節(jié)開關柜內部環(huán)境，保障開關柜的安全運行，具體流程圖如圖4所示。

5.測試結果與分析

軟硬件聯(lián)合調試完畢后，將調試成功的溫濕度控制系統(tǒng)(包括通風機和加熱器)安裝在某閑置高壓開關柜內。為了能夠更直觀的觀測系統(tǒng)的運行和控制過程，通過2臺加熱器、2臺加濕器人工模擬開關柜溫濕度變化，溫度上限設置為70oC，下限為25oC，濕度上限90RH%；然后把控制系統(tǒng)的溫濕度測量數(shù)據(jù)與專業(yè)溫濕度計測量數(shù)據(jù)進行對比，分析控制系統(tǒng)的整體性能。測試結果如表1、表2所示。

表1 控制系統(tǒng)溫度測試(環(huán)境濕度48RH%)

表2 控制系統(tǒng)濕度測試(環(huán)境溫度20oC)

經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)和專業(yè)測量工具測量數(shù)據(jù)誤差較小，溫度最小誤差為0，最大誤差0.4oC，濕度數(shù)據(jù)最小誤差為0，最大為2RH%；同時在數(shù)據(jù)超限時，執(zhí)行機構正常工作、報警電路正常工作，說明本控制系統(tǒng)溫度傳感器性能良好，能夠滿足控制系統(tǒng)的要求。

6.結語

本文針對高壓開關柜內部環(huán)境對溫濕度的要求，結合傳感器技術和單片機技術，設計具有溫濕度實時顯示、存儲、超限報警、輸出控制等功能的控制系統(tǒng)，測試結果表明，該裝置可以實時顯示溫濕度，能夠很好的控制執(zhí)行機構工作，當超限時能夠及時報警，同時具有測量精度高、控制性能好、可靠性強等特點，有較高的應用價值。

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