基于無(wú)線式在線溫度測(cè)控裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馬立方,張 東（豐縣供電公司,江蘇 徐州221000）

基于無(wú)線式在線溫度測(cè)控裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馬立方,張 東
（豐縣供電公司,江蘇 徐州221000）

摘 要：電力設(shè)備本體及接頭等部位都具有裸露高壓，通常的溫度測(cè)量方法都無(wú)法有效解決高壓絕緣問(wèn)題，是設(shè)備在運(yùn)行期間存在的重大隱患。針對(duì)城鄉(xiāng)電網(wǎng)變電設(shè)備數(shù)量眾多、布局分散的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)開發(fā)了配變?cè)O(shè)備無(wú)線式在線溫度測(cè)控裝置。該裝置采用2.4G無(wú)線通信將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給無(wú)線溫度采集器，然后將溫度采集器的溫度進(jìn)行收集、顯示并通過(guò)RS485通信總線進(jìn)行組網(wǎng)，從而將數(shù)據(jù)收集到當(dāng)?shù)睾笈_(tái)進(jìn)行全站的顯示及監(jiān)控或接入通信管理機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)傳以實(shí)現(xiàn)更好的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)；數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)；嵌入式系統(tǒng)；STM32；μC/OS-II

0 引言

電力設(shè)備的安全可靠性是大規(guī)模輸配電和電網(wǎng)安全保障的重要環(huán)節(jié)。在現(xiàn)代電力傳輸系統(tǒng)中,高壓開關(guān)柜是發(fā)電廠、變電所中的重要設(shè)備, 而柜內(nèi)導(dǎo)電連接處的接觸特性直接影響到開關(guān)柜工作的可靠性。由此產(chǎn)生的故障時(shí)有發(fā)生。這些故障一方面來(lái)自開關(guān)柜本身的質(zhì)量問(wèn)題, 更重要的原因在于目前缺乏針對(duì)開關(guān)柜的有效監(jiān)測(cè)手段。其中對(duì)柜體接觸頭及母排的溫度監(jiān)測(cè)是尤為重要的，為此我們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)的無(wú)線式在線溫度測(cè)控裝置能有效實(shí)時(shí)的對(duì)其進(jìn)行溫度的監(jiān)測(cè)。

1　簡(jiǎn)介

目前針對(duì)溫度監(jiān)測(cè)的方式大致分為三類：柜外紅外成像、柜內(nèi)紅外探頭測(cè)溫、傳感器觸點(diǎn)測(cè)溫。前兩種測(cè)溫方式都是基于紅外線方式，對(duì)其光線的采集要求較高，而且柜體內(nèi)往往遮擋較多，光線不是很好因此這不利于推廣。而第三種方式通過(guò)傳感器觸點(diǎn)測(cè)溫將傳感器接觸在想要測(cè)的測(cè)溫點(diǎn)，然后再將采集到的溫度通過(guò)無(wú)線的方式在傳到采集器上，這樣就能很好的監(jiān)測(cè)到柜體內(nèi)各點(diǎn)的溫度。

2　系統(tǒng)原理

本設(shè)計(jì)基于業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的微計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、超低功耗設(shè)計(jì)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)，可安全可靠的應(yīng)用于發(fā)電廠、配變電站、廠礦企業(yè)配 變電室、電纜、變壓器、斷路器、互感器、電力電容等電力設(shè)備的在線溫度檢測(cè)?？?4小時(shí)全天候、無(wú)遺漏地在線監(jiān)測(cè)溫度，并實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警。

無(wú)線測(cè)溫產(chǎn)品由無(wú)線溫度傳感器和無(wú)線溫度采集器兩部分構(gòu)成。無(wú)線溫度傳感器直接安裝在溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，采用電池供電，并通過(guò)2.4GHz無(wú)線通信將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給無(wú)線溫度采集器。一般每個(gè)開關(guān)柜或電力設(shè)備上安裝一臺(tái)無(wú)線溫度采集器，將本設(shè)備上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度進(jìn)行收集、顯示。多臺(tái)設(shè)備上安裝的無(wú)線溫度采集器之間可以通過(guò)RS485總線進(jìn)行組網(wǎng)，從而將數(shù)據(jù)收集到當(dāng)?shù)睾笈_(tái)進(jìn)行全站的顯示或接入通信管理機(jī)中進(jìn)行遠(yuǎn)傳。

3　設(shè)計(jì)方案

本無(wú)線式在線溫度測(cè)控裝置主要由溫度傳感器和溫度采集器兩部分組成。

3.1 溫度傳感器部分

溫度傳感器采用的是ADT7410芯片進(jìn)行溫度檢測(cè)，并通過(guò)2.4GHz信號(hào)向外進(jìn)行發(fā)送給溫度采集器。無(wú)線溫度傳感器采用長(zhǎng)壽命鋰電池獨(dú)立供電，與采集器之間無(wú)電的直接聯(lián)系，因此不會(huì)對(duì)設(shè)備絕緣帶來(lái)影響。傳感器的關(guān)鍵部件采用阻燃、耐高溫設(shè)計(jì)，電池可長(zhǎng)期短路無(wú)爆炸風(fēng)險(xiǎn)，可長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行。

溫度傳感器的硬件設(shè)計(jì)采用的是CC2530和CC2591射頻芯片，通過(guò)這兩個(gè)芯片向外發(fā)射無(wú)線信號(hào)給溫度采集器。該兩款芯片的主要特點(diǎn)是：

（1）高達(dá)256kB的閃存和20kB的擦除周期，以支持無(wú)線跟新和大型應(yīng)用程序；

（2）8kBRAM用于更為復(fù)雜的應(yīng)用和Zigbee應(yīng)用；

（3）在掉電模式下，只有睡眠定時(shí)器運(yùn)行時(shí)，僅有不到1uA的電流損耗。

3.2 溫度采集器部分

無(wú)線溫度采集器通過(guò)2.4GHz無(wú)線通信接收傳感器的溫度信號(hào)，最多可接入36只無(wú)線溫度傳感器，默認(rèn)情況下接入6只。無(wú)線溫度采集器具有RS485通訊接口，用于和通信管理機(jī)或上位機(jī)通訊。當(dāng)采用RS485通訊時(shí)，波特率可選300、600、1200、2400、4800、9600bps，默認(rèn)情況下為2400bps。

本溫度采集器采用的芯片STM32F103RC，是STM32系列專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的。此次設(shè)計(jì)采用的芯片工作頻率為72MHz，內(nèi)置高達(dá)256K字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器和48K字節(jié)的SRAM，具有豐富的通用I/O端口。此外，本平臺(tái)移植的μC/ OS-II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，是一個(gè)基于搶占式的實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，可固化、可裁剪、高穩(wěn)定性和可靠性。

4　性能指標(biāo)

4.1 溫度傳感器

（1）溫度測(cè)量范圍-40～125度；

（2）溫度測(cè)量精度0.5度；

（3）靜態(tài)功耗＜2uA，平均功耗＜10uA；

（4）使用年限＞6年；

（5）測(cè)量周期半分鐘，溫度死區(qū)1度，定時(shí)發(fā)送周期4分鐘左右。

4.2 溫度采集器

（1）可管理傳感器數(shù)最多36只；（2）圖形點(diǎn)陣LCD顯示；（3）通訊口：RS485波特率支持，300、600、1200、2400、4800、9600；最大接點(diǎn)數(shù)：32個(gè)；最遠(yuǎn)通信距離：小于1200米（取決于現(xiàn)場(chǎng)條件）；（4）工作電源：DC/AC 220V±20%；（5）整機(jī)功耗＜5W；（6）采集器重量＜0.5KG；（7）環(huán)境條件：工作溫度：-20～55度，相對(duì)濕度：5%～95%無(wú)凝露，儲(chǔ)存溫度：-40～80度；（8）工頻耐壓及耐沖擊能力。

耐壓能力：AC2000V, 1Min。

浪涌沖擊：DL/T 721-2000雷擊浪涌沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)第4級(jí)（4kV）。

5　結(jié)束語(yǔ)

文中采用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，既能夠?qū)崟r(shí)調(diào)度資源響應(yīng)突發(fā)事故，又保證了低功耗，延長(zhǎng)了溫度傳感器的使用壽命。達(dá)到了無(wú)線溫度測(cè)控的目的。

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