隔离开关触头温度检测系统

隔离开关触头温度检测系统

电力系统中，高压开关柜担负着关合及开断电力线路、保护电网安全运行的双重功能。但是受开关内的环境因素的影响，隔离开关的触头接触部位会出现表面氧化，触头松动等现象，这些都会导致触头接触不良，接触电阻增大，造成载流故障的发生，出现触头温度过高甚至将其烧毁，造成停电。根据多年的电力系统运行情况可知，隔离开关触头处的温度参数能够反映上述不良现象是否发生，因此必须对隔离开关触头温度进行监测，以达到及时发现事故隐患并且及时排除的目的。

但是，由于隔离开关所处的环境电压高、磁场强以及环境密闭，使用常规的接触式测温方式很难适应这些恶劣的测量条件，因而非接触式的测温方式就应运而生，利用红外传感器进行温度测量就是其中很有效的手段之一。

红外测温技术是通过检测物体红外辐射能量进行测温，具有远距离、不接触、实时、快速等优点，因此这种方法在高压电力设备的温度在线监测领域中发挥着越来越重要的作用。本文就利用红外测温技术，实现在不停电、不影响整体设备运行的情况下对高压隔离开关触头温度进行实时在线监测。

1系统整体设计

为了保证整个系统的安全可靠、稳定运行，常见的煤矿井下采区变电所变由地面监控中心、井下分站、测控单元组成，针对这种变电站结构，本文设计的隔离开关触头温度红外监测系统分为三部分：测量单元、现场监控单元和远程监测终端。系统框图如下：

变电站综合自动化后台服务器

远程监测终端

现场监控单元1现场监控单元n

现场监控单元2

测量单元1测

量

单

元

2

测

量

单

元

6

...

测

量

单

元

1

测

量

单

元

2

测

量

单

元

6

...

测

量

单

元

1

测

量

单

元

2

测

量

单

元

6

...

485总线485总线485总线

485总线

测量单元安装在高压开关柜内部，每个高压开关柜有6个测量单元，分别监测表征触头温度的红外辐射能量，并将其转换为数字信号后传至现场监控单元；

现场监控单元安装在高压开关柜柜体外，接收测量单元上传的数据，计算触头温度并就地显示，将温度数据上传至远程监测终端，该单元同时具有现场查询、参数设置和报警功能；远程监测终端安装在变电站控制室内，接收现场监控单元上传的数据，并按电力系统通讯标准规约将数据传送至变电站综合自动化系统。系统在不组网的情况下，测量单元和现场监控单元可以脱离远程控制终端运行，构成独立的测温装置，对高压开关柜触头温度进行现场监测；在组网时，实现对高压开关柜触头温度进行现场及远程两级监测。

2 系统硬件设计

测量单元以单片机为核心，来完成触头红外辐射能量信号的转换和传输，以适应强电磁、抗干扰的工作环境。

热电堆是利用现代半导体工艺，将数十甚至数百对热电偶集成在几个平方毫米的区域内制成的，因此热电堆输出的温差电势仅能够表征冷、热端之间的温差，加上热电堆所处环境的温度，才能得到热端温度。通常在冷端增加热电阻来获取环境温度，称为补偿电阻。将热电堆和补偿电阻封装在同一金属壳体内，就得到红外热电堆传感器。

热电堆传感器只能安装在高压开关柜手车面板内侧，触头的红外辐射通过套管和导电杆之间的间隙入射到传感器，因此选择传感器时首先需要考虑传感器的视场张角。如果传感器视场张角偏小，就会造成在实际安装时方向稍有偏移，触头辐射能量进不到传感器视场内，并且传感器接收到的辐射能量小，反应不灵敏；传感器视场角太大，传感器视场内的背景辐射就会影响测温精度。

根据上述情况所述，选用TPS334L55传感器。TPS334L55传感器在测量窗口嵌有聚光透镜，内部有全通型的红外滤光片，其输出信号与接收到的红外辐射能量成正比，内部集成了一个热敏电阻，封装在传感器内部。

红外测温探头硬件电路包括传感器、调理电路和单片机及其外围电路。测温单元系统框图如下所示：

传感器信号调理

A/D参考电压

现场

监控单元485通讯

外部晶振

JTAG

接口

AVR

仿真

TXD

RXD

AREF

DAC2

ADC0

PD3

PD2

XTAL1

XTAL2

TMS

TDI

TDO

TCK

M

e

g

a

1

6

测温单元选择了ATmel公司的ATmegal6芯片作为红外测温探头的控制器，红

外热电堆传感器输出两路信号，一路为热电堆的输出信号，表征目标温度值；另一路为热电阻的输出信号，表征环境温度值。传感器将高压开关柜触头红外辐射能量转换为电压信号；调理电路将传感器输出的微弱电压信号进行调理放大；两路信号经过调理后，分别输入Megal6的ADC0、ADC2的输入端。单片机对调理电路输出信号进行A/D转换，并对A/D转换的结果进行处理后，将数据传送至现场监控单元。485接口电路为测量单元与现场监控单元的通讯提供电平转换。

3 测温单元的软件实现

测量单元软件包括主程序和通讯程序设计。A/D转换在主程序中通过查询方式实现，与现场监控单元的通讯通过中断方式来响应现场监测单元的召唤。程序流程图如下图（a）、（b）所示。

主程序入口

系统初始化

A/D转换子程序

构造上传数据帧结构（a）主程序流程图

串口中断程序入口

接收字节

是否为地址？

数据是否

接收完毕？

设置为等待

接收数据状态

校验接收

是否正确？

调用发送返回

数据帧子程序

返回

是否召

唤本机

计数器加1

置错误

接收标志设置为等待

接收数据状态

是

是

否

否

是

否

是

否

（b）与现场监控单元通讯程序流程图