伍樹(shù)溪

摘要：高壓配電柜通常負(fù)責(zé)一個(gè)地區(qū)的供電，是電力系統(tǒng)中重要的組成部分之一。35kV高壓配電柜應(yīng)用較為廣泛，在工業(yè)、國(guó)防等領(lǐng)域扮演著重要角色。高壓配電柜正常、安全的運(yùn)行，對(duì)各行業(yè)的發(fā)展起到了舉足輕重的地位。但是高壓配電柜會(huì)因各種原因，導(dǎo)致配電柜出現(xiàn)故障，而絕大部分故障都與熱量有關(guān)，因此對(duì)高壓配電柜柜內(nèi)的高壓設(shè)備進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，根據(jù)溫度判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況非常重要?；诖吮疚姆治隽?5kV高壓配電柜柜內(nèi)溫度異常報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：35kV；高壓配電柜柜內(nèi)；報(bào)警系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1、高壓配電柜溫度監(jiān)測(cè)發(fā)展

20世紀(jì)90年代，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，為高壓配電柜的溫度監(jiān)測(cè)提供了有力的科技支持。包括溫度傳感器技術(shù)的發(fā)展、數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展、以太網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展、計(jì)算機(jī)軟件和硬件的進(jìn)一步完善，為輻射測(cè)溫法、紅外測(cè)溫法、光纖測(cè)溫法的推廣奠定了一定的基礎(chǔ)等。實(shí)現(xiàn)了高壓配電柜柜內(nèi)溫度的多點(diǎn)式測(cè)量，使得高壓配電柜溫度監(jiān)測(cè)更加準(zhǔn)確、全面、穩(wěn)定，同時(shí)也使的測(cè)溫更加的便捷。

對(duì)于高壓配電柜柜內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)而言，基本的方式還沒(méi)有改變。依然采用現(xiàn)場(chǎng)工作人員定時(shí)巡視的方式對(duì)高壓配電柜柜內(nèi)溫度進(jìn)行測(cè)量和記錄，尚未形成一個(gè)完全“智能化”、“遠(yuǎn)程化”、“無(wú)人化”的在線溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。

2、總體設(shè)計(jì)

2.1測(cè)溫方式的選擇

高壓配電柜柜內(nèi)設(shè)備工作于高溫高壓的環(huán)境，對(duì)它們溫度的測(cè)量存在一定的難度。目前是利用紅外熱成像技術(shù)，把物體輻射紅外線的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)化為物體溫度分布圖。這種測(cè)溫方法具有非接觸、無(wú)損、測(cè)溫范圍廣，并能直觀呈現(xiàn)被測(cè)物體的溫度分布情況。根據(jù)高壓配電柜的工作環(huán)境以及對(duì)溫度監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性、及時(shí)性的要求，最終選用紅外熱成像測(cè)溫方法，作為本設(shè)計(jì)的溫度監(jiān)測(cè)方法。

2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能的設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中，上位機(jī)監(jiān)控報(bào)警中心實(shí)現(xiàn)對(duì)8臺(tái)35kV高壓配電柜柜內(nèi)異常溫度的監(jiān)測(cè)。本設(shè)計(jì)主要由溫度圖像采集模塊、圖像采集控制模塊和上位機(jī)監(jiān)控報(bào)警模塊構(gòu)成。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)為每個(gè)高壓配電柜溫度采集系統(tǒng)分配一個(gè)IP地址，通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的圖像數(shù)據(jù)傳輸。帶有紅外探測(cè)器的ARM嵌入式平臺(tái)安裝于高壓配電柜柜門(mén)的內(nèi)側(cè)，能夠方便有效的對(duì)柜內(nèi)溫度圖像的采集。首先，紅外探測(cè)器對(duì)高壓配電柜柜內(nèi)溫度圖像進(jìn)行采集。其次，把采集到的圖像以點(diǎn)陣形式存儲(chǔ)到S3C2440的SDARM中。再次，把采集到的圖像通過(guò)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)圖像采集系統(tǒng)與上位機(jī)之間的圖像信息的傳送。最后，上位機(jī)分時(shí)接收來(lái)自8臺(tái)高壓配電柜的紅外熱分布圖，依次將采集到的紅外熱分布圖與預(yù)存正常情況下的紅外熱分布圖在采樣區(qū)域內(nèi)進(jìn)行區(qū)域比對(duì)?？紤]到不同時(shí)間段環(huán)境溫度的差異，分時(shí)段采集多組圖像，分別作為不同時(shí)段的比對(duì)樣本圖像。當(dāng)發(fā)現(xiàn)采樣區(qū)域溫度異常，在監(jiān)控中心將發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)8臺(tái)高壓配電柜的溫度監(jiān)測(cè)。

3、35kV高壓配電柜柜內(nèi)溫度異常報(bào)警系統(tǒng)

3.1硬件設(shè)計(jì)

選擇對(duì)其中一臺(tái)高壓配電柜進(jìn)行柜內(nèi)異常溫度監(jiān)測(cè)，作為整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)主要由紅外熱圖像傳感器、S3C2440微控制器、以太網(wǎng)傳輸模塊以及上位機(jī)監(jiān)控中心等模塊構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓配電柜柜內(nèi)溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。高壓配電柜異常溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警子系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示：

在本設(shè)計(jì)中，由下位機(jī)和上位機(jī)兩部分構(gòu)成。下位機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)35kV高壓配電柜柜內(nèi)紅外圖像的采集，上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的紅外熱圖像與標(biāo)準(zhǔn)預(yù)存的紅外熱圖像進(jìn)行樣本區(qū)域比對(duì)。發(fā)現(xiàn)溫度異常時(shí)，及時(shí)啟動(dòng)聲光報(bào)警系統(tǒng)。

3.2軟件設(shè)計(jì)

針對(duì)35kV高壓配電柜柜內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)的要求，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)任務(wù)主要由紅外熱圖像采集任務(wù)、紅外熱圖像存儲(chǔ)任務(wù)、紅外熱圖像數(shù)據(jù)包的以太網(wǎng)傳輸任務(wù)、上位機(jī)紅外熱圖像比對(duì)任務(wù)和聲光報(bào)警任務(wù)等構(gòu)成。每個(gè)任務(wù)都基于35kV高壓配電柜柜內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，在μC/OS-Ⅱ軟件操作系統(tǒng)平臺(tái)基礎(chǔ)之上開(kāi)發(fā)完成的。在圖像采集模塊，微處理器首先對(duì)紅外熱圖像傳感器進(jìn)行自檢、初始設(shè)置、初始化等操作，完成對(duì)紅外熱圖像傳感器的設(shè)置，保證紅外熱圖像傳感器進(jìn)入到正常工作狀態(tài)，提高紅外熱圖像傳感器對(duì)高壓配電柜柜內(nèi)紅外熱分布圖像的采集準(zhǔn)確度。使得采集到的紅外熱圖像，滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的需求。在進(jìn)行以太網(wǎng)圖像數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，首先實(shí)現(xiàn)對(duì)DM9000進(jìn)行初始設(shè)置，使該以太網(wǎng)控制芯片進(jìn)入到數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)，能夠接受紅外熱圖像數(shù)據(jù)包的預(yù)存儲(chǔ)，以便實(shí)現(xiàn)紅外圖像數(shù)據(jù)包的以太網(wǎng)傳輸?，F(xiàn)場(chǎng)工作人員根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警情況，及時(shí)采取措施，避免事故的發(fā)生。軟件系統(tǒng)的整體構(gòu)架如圖3所示：

在本設(shè)計(jì)中，分為下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)和上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)。在下位機(jī)中主要包括紅外熱圖像采集任務(wù)、紅外熱圖像的存儲(chǔ)任務(wù)及紅外熱圖像的以太網(wǎng)傳輸任務(wù)。紅外熱圖像采集模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)35kV高壓配電柜柜內(nèi)紅外熱圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，采集到的溫度圖像通過(guò)存儲(chǔ)任務(wù)以點(diǎn)陣的形式存儲(chǔ)到微處理器SDRAM中，利用以太網(wǎng)控制芯片DM9000通過(guò)以太網(wǎng)把紅外熱圖像數(shù)據(jù)包傳送到上位機(jī)中。在上位機(jī)中主要包括紅外熱圖像的比對(duì)任務(wù)和聲光報(bào)警任務(wù)。通過(guò)紅外熱圖像比對(duì)任務(wù)，把采集到的紅外熱圖像與預(yù)存的標(biāo)準(zhǔn)的紅外熱圖像在采樣區(qū)域依次進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)采樣區(qū)域出現(xiàn)溫度異常，及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。在上位機(jī)整體監(jiān)控中心，依次完成對(duì)8臺(tái)高壓配電柜柜內(nèi)紅外熱圖像的比對(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)8臺(tái)35kV高壓配電柜的監(jiān)測(cè)。

總之，35kV高壓配電柜是供電系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)供電的安全性、穩(wěn)定性和可靠性等都起到重要作用。高壓配電柜出現(xiàn)故障，將會(huì)嚴(yán)重影響供供電的可靠性，因此進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)其的研究非常有必要。

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