高压隔离开关触点温度无线监测系统的设计

高压隔离开关触点温度无线监测系统的设计
摘要：设计了一种以CC1100为核心的高压隔离开关触点温度无线监测系统。

有
效的解决了由于高压隔离开关工作于高压状态导致工作人员无法接触，不能进行
检测的问题，排出了一定的安全隐患。

关键词：高压隔离开关；温度监测；无线传输
1 引言
高压隔离开关是发电厂和变电站电力系统中重要的开关电器，也是整个发电
厂和变电站电力机组安全运行的重要的组成部分，而高压隔离开关触点温度是表
征其工作状态的一个重要参数，对它进行有效监测是很必要的。

目前，现代测量技术、通信技术、计算机技术的快速发展已经使得电力设备
的监测变得越来越科学和人性化。

本文设计的高压隔离开关触点温度无线监测系
统采用无线通信技术实现了非接触式监测，主要用于发电厂和变电站的控制开关组，在高电压工作环境下实现远距离传递数据，使监测系统更加安全可靠，避免
了如光纤传输爬电等存在的危险。

通过合理的软件设计，使系统实时性更强，功
耗更低。

2 系统组成及工作原理
在组网工作方式中，整个高压隔离开关触点温度无线监测系统主要由负责现
场温度采集的多路下位机，负责整个系统同步并汇集下位机发送来数据的上位机，负责处理数据并存储供工作人员监控和历史查询的监控室PC机三部分组成。

在组网工作方式中，上位机主要由单片机模块、无线收发模块、485转换模
块构成，上位机每20s向下位机发送一次内容为时隙号码的同步信号，共45个
时隙号码，在发送完第45号时隙后，上位机的无线收发模块转到接收状态，各
路下位机依次将各自的序号和采集的温度数据传回上位机，完成一次上位机对下
位机的采集操作。

收到下位机发送来的数据以后，上位机通过对信号解码得到下
位机序号和温度值，并将所有数据通过485总线传输到PC机做进一步的处理和
存储。

下位机主要由单片机模块、无线收发模块、温度传感器构成。

无线收发模
块与上位机也相同。

整个下位机在大部分时间处于睡眠状态，在45号时隙到来
前进行温度采集，在接收到45号时隙以后根据每个下位机自身的序号计算各自
开始发送数据的时间，在定时到后依次将数据发送给上位机，完成一次采集。

然后，下位机计算下一个工作周期开始的时间并定时，整个下位机进入睡眠状态，
等待下一次工作时间的到来。

3 温度测量及信号采集
针对本系统，经过对测温范围，测量精度、开发难易程度等因素的综合考虑，采用了Dallas公司的单总线数字温度传感器DS18B20。

它具有管脚少、操作简单、价格便宜、测量精度高、无需附加的A/D转化操作等优点，符合本系统设计要求。

本系统需要两个温度传感器，一个测量高压隔离开关触点上的温度，另一个
测量环境温度。

采用了外部电源供电，而没有采用寄生电源工作方式，这是因为
如果采用寄生电源供电的话，为了增大驱动电流需要增加额外的强上拉，并且在
操作时序上难度更高，造成系统复杂度的提高和调试的困难。

还有，在温度高于100°C的情况下，如果采用寄生电源供电方式，DS18B20的漏电流比较大，影响
到测量结果的正确性和可靠性。

DS18B20工作过程的协议为：初始化→发送ROM操作命令→发送存储器操作
命令。

本系统中，测温过程如图所示。

4 系统工作流程
1）下位机流程
在组网方式中，下位机软件部分主要由初始化程序、数据编码程序、数据解
码程序、温度采集程序、CC1100操作程序、中断处理程序、主程序组成。

编程语言采用IAR C语言来完成。

下位机主程序要完成两路温度的测量，并且在每15分
钟到达时在20s内把数据在各自的时隙发送给上位机，同时还要尽可能降低功耗。

所以，这部分程序设计决定着系统在组网工作方式下的性能忧劣。

首先进行初始化操作，然后系统转入接收状态。

上位机每20s发送一次时隙
信号TimeNum，因为无线传输的速率设定为4.8 kbps，下位机向上位机发送自己
序号、隔离开关触点温度和环境温度三个值，采用5次重复编码后，加上4个字
节的前导码和2个字节的同步字节，总共21个字节，完成一次发送需要35ms，
上位机收到数据后先进行解码操作，然后再通过485总线传给PC机，这里为每
一路下位机分配80 ms，180个下位机共需要14.4 s，再加上一些指令操作时间，
所以将时隙信号的间隔设定为20 s。

将15分钟分为45个时隙，在无线传输时为
了和范围为1~180的下位机序号区分开，时隙信号范围设定为181~225。

首次接
入的下位机在收到时隙信号后先和最后一个时隙信号225比较，计算到最后一个
时隙的时刻前0.3 s的时间，打开定时器A和中断，定时开始，单片机和CC1100
转入睡眠状态。

当定时器A定时到时，中断将单片机唤醒，重新使定时器A定时0.2s并且开始温度采集。

定时器A定时到时，CC1100转入接收状态，这时比时隙信号发送来的时刻提前0.1s，这样可以保证成功接收时隙信号225。

如果收到
225号时隙信号，定时器A定时到下一次数据采集的时间，定时器B定时
Add×0.08s，根据下位机自己的序号计算发送的时刻。

定时器B定时到之前，单片机和CC1100转入睡眠状态，定时到时将数据打包后发送给上位机，然后单片机
和CC1100转入睡眠状态，等待下一个工作周期。

这样就完成了一次的数据采集
和传输。

2）上位机流程
上位机每20s发送一次时隙信号TimeNum，信号取值范围为181~225。

如果
时隙信号不为225，则发送完进入休眠状态。

如果时隙信号是225，说明15分钟
周期到了，在发送完时隙信号后立刻转入接收。

每接收完一个下位机发来的数据
后先进行解码，然后将解码后的下位机序号、高压隔离开关触点温度和环境温度
通过485总线传给上位机。

当接收完180路下位机传来的数据以后，上位机转入
睡眠状态。

这样上位机就完成了一个工作周期。

5 结束语
本系统有效地对高压隔离开关触点温度进行了无线监测，得到了实时的温度
信息，从而大大节省了数据传输时间，节约了能耗；采用无线传输方式，降低了
系统复杂度，提高了系统可靠性和性价比。

参考文献：
[1]邓有志.浅谈电力设备状态监测技术[J].民营科技，2009，（2）：3.
[3]王东升，丁立健，于龙滨.电力设备局部放电在线监测技术[J].东北电力技术，2007，（28）3，34-37.
[3]高文海，萧宝瑾，刘全越.电力触电温度无线巡回监测系统的设计[C].AECC
专题学术研讨会论文集，2007，7，99-101.
作者简介：
周彦：男；汉；工程师；本科；研究方向：电力系统输变电系统方向；供职单位：太原理工大学电气与动力工程学院；国网山西省电力公司。