第32卷增刊1 电网技术V ol. 32 Supplement 1 2008年6月Power System Technology Jun. 2008 文章编号：1000-3673（2008）S1-0150-04 中图分类号：TM591.2 文献标识码：A 学科代码：470⋅4051
张良胜1，张杰2
（1．重庆市电力公司永川供电局，重庆市永川县 402160；
2．宝利信通科技有限公司，北京市海淀区100085）
Application of Switch Tank Temperature Online Monitor System Based on Infrared
ZHANG Liang-sheng1，ZHANG Jie2
光学检测技术（1. Yongchuan Electric Power Supply Bureau，Chongqing Power Corporation，Yongchuan County，Chongqing 402160，China；
2．Polystor Technology Co., Ltd.，Haidian District，Beijing 100085，China）
摘要：利用红外测温技术，以红外传感器为测温元件，研制高压开关柜的在线温度监测系统。简要介绍 了系统的总体结构和基本功能，提出了软硬件的具体实现算法，并进行了试运行，为实现封闭开关柜内红外在线连续监测提供了理论和实际依据。 关键词：红外；监测；开关柜
0 引言
由于各种原因，电力系统运行的高压电气设备会产生发热现象。当设备温度超过一定限度时，不仅会降低设备强度，影响运行寿命，甚至还会引起设备毁坏，造成重大事故。同时电力设备的热效应又是多种故障和异常现象的重要原因及主要表现形式。所以为了保障安全生产和提高设备运行的可靠性，需要对容易产生过热现象的设备部位进行温度在线监测，做到温度逾限报警。
目前国内众多变电站都曾发生过开关柜、封闭母线、隔离开关、电缆头等电气设备由于绝缘老化或者接触不良而造成温度异常，进而引发事故的现象[1-2]。
由于这些设备为高压带电设备，且有些设备的发热点处于设备内部不便检测。因此解决此问题的方法主要是使用热像仪或点温仪对设备进行定期巡检，然而，热像仪只能检测当时的情况，却不能实现在线监测，更不能预测未来的情况并及时报警。在巡检过程中巡检人员的责任心、巡检时间间隔等也会影响巡检结果。这样就造成了很多设备缺陷不能及时发现，等到缺陷扩大化，造成设备损伤时才发现
的恶果。对于开关柜、电缆头等设备内部的发热问题，一些单位采用的办法是在开关柜上开孔，然后使用热像仪巡检；对于电缆头现在还没有好的办法。目前出现了一种通过光纤传导的方式对高压电气设备进行温度监测的办法，但此方法需将感温元件紧贴在被测物的表面，属接触式测量，对高压设备特别是处于室外的高压设备进行测量时无疑会带来安全隐患。因此，这种光纤传导的方式目前还只停留在理论阶段，并无真正的产品问世。为此我们开发了高压电气设备温度在线监测系统，该系统采用完全非接触式测温方式，与高压系统完全隔离，其速度快、测量范围宽，且对被测温场无干扰，具有明显优势。
1 系统结构及功能简介
1.1 系统结构
RIDS系列电气设备在线温度监测系统包括红外测温探头、数据采集系统、数据监测管理系统3个部分，如图1所示。 图1RIDS系列电气设备在线温度监测系统结构图
最底层是红外测温探头，每个高压开关柜内放置2个范围测温探头，分别采集柜内的温度，也可
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以在某个需要重点监测的部分放精确探头进行重点监测，通过RS485总线将温度数据上送至数据采集系统；数据采集系统负责将温度就地显示，设置报警参数，并在温度超限时报警，同时将温度数据和报警信号通过RS485总线上送至数据监测管理系统；数据监测管理系统将数据采集系统的信息汇总，并留出通讯口，以便依据标准协议通过RS485总线将整个网络与变电站综合自动化系统相连。RIDS系列电气设备在线温度监测系统是针对变电站的高压开关柜，监测对象为柜内的三相隔离开关。因此，一个数据监测管理系统下挂接若干个数据采集系统，而每个数据采集系统下又挂接n(n≤32)个测温探头。依据TIA/EIA-485串行通信标准，理论上允许多至32个巡检器连接于单总线，因此该网络的节点数可依测温点和开关柜的数目不同而适当增删。
1.2系统的功能特点
1.2.1系统主要功能
（1）本系统采用一种非接触无源高精度红外温度传感器安装在设备内部，实现非接触式的温度采集。
（2）通过完善的硬件系统和软件系统可以完成在线连续的实时温度和温升监测，做到温度实时在线监测。
（3）通过后台监测软件的趋势分析，提前发现隐情，采取必要的措施，预防发生电气故障。1.2.2系统特点
（1）本系统采用本安型红外传感器，对系统进行非接触测量，所以安全可靠，不受系统电压等级的限制[3-5]。
微波功率放大器
（2）测量计算方法科学，能对温度、温升同时进行分析判断，预警准确。
（3）可以有效消除负载的变化对温度的影响，接头发热主要是由流经线路的电流在接头电阻处的损耗所释放出来的热能，该能与流经线路的电流平方以及接头电阻值成正比。
（4）通过对相关接点的连续温度监测，实现故障的早期预测，同时能够上传数据。
（5）当发生故障时，提供报警并准确确定故障点位置，指导检修工作。
（6）本系统具有自诊断功能，可以通过对通道和系统软件的检测，进而判断系统是否出现故障。1.2.3抗干扰性
由于被测目标所处的环境一般都比较恶劣，如存在电磁干扰等，因此对信号采集设备的要求很高，传统的信号传感器(如热电偶)往往不能很好的适应环境，因此采集到的信号在精度上不能很好地满足系统的高性能要求。
而本系统所使用的红外传感器采用双屏蔽系统即屏蔽线外又加了一层金属屏蔽膜，对电磁干扰做到了很好的抵抗作用；所采用的巡检仪是军工级产品，内置电磁过滤装置对红外传感器中残留的电磁干扰进行彻底的屏蔽过滤。
再通过对通信及微电子技术的改进，实现了通信信号在噪声、电磁场、震动等干扰的情况下不衰减或少衰减[6-7]。
本系统已通过了中国电力科学院电力工业电力设备及仪表质量检验测试中心的抗干扰试验，其中包括：①高频干扰影响检验(3~4级)；②快速瞬变脉冲干扰影响检验(3级)；③静电放电干扰影响检验(3级)等抗干扰试验，抗干扰能力得到了进一步的论证。
2 系统的软件实现
数据采集系统和数据监测管理系统除了通讯对象和数据处理方式不同外，其他的功能基本相同。数据采集系统和数据监测管理系统的软件结构如图2所示[8]。
热能去毛刺机
(a)主循环(b)数据采集
系统串口中断
(c)数据监测管
理系统串口中断图2数据采集系统和数据监测管理系统的软件结构图
152 张良胜等：红外在线监测系统在封闭开关柜中的应用V ol. 32 Supplement 1
主程序每秒循环一次。将接收到的下属探头或
子站的数据加以处理，若温度正常则可以继续循
环，若有异常则弹出报警画面并闪动示警，同时以
中断方式与上下层网络通讯。程序采用MCS51汇
装配
编语言编写，流程如图2所示。报警共有两种模式：
①触点温度超过环境温度；②触点温升在规定时间
内超过温度设定值。这两种模式均可以根据现场的
要求通过按键操作设置为两种报警级别，级别不同
设置的超限值也不同，以便现场工作人员根据不同
程度的报警形式按照规程进行相应的故障处理。
3 系统的硬件实现
3.1 红外测温探头的硬件实现
红外探头结构如图3所示。
.06(1,5)
1.28(32,5)
.25(6,4)
.497(12,6)
Dia.
.550(14,0)
.22(5,6)
.935(23,7)
1.02 (25,9)
防松对开固定用螺母
黑ABS塑胶封套
图3红外测温探头结构图
3.2 数据采集系统和数据监测管理系统的硬件实现
数据采集系统的核心是巡检器，其基本的功能单元包括模拟量输入，输出；开关量输入、输出；参数存储器；数据记录单元。所有的这些单元都可以通过不同的命令与计算机进行数据传送，计算机也可以通过控制权转移的方法直接操作仪表的模拟量和开关量输出。仪表内部有独立的输出缓冲区和计算机控制输出缓冲区，因而可实现控制的无扰动切换。
4 实际应用情况
该系统于2006年7月在110 kV永川变电站10kV#601、#602开关柜内进行试运行，在两个开关柜内装设红外线探头各6个，通过高屏蔽电缆传输至主控室控制屏进行数据采集、分析及处理，实现#601、#602开关柜内#6011、#6013、#6022、#6023刀闸触头温度的不间断监测。在控制屏上进行温度实时
显示及报警功能，在温度超过62℃时采用间隔时间较长“嘀”声报警和超过90℃时急促“嘀”声报警，并通过专用载波通道传至调度自动化系统主站及操作队工作站供即时监控，在工作站上进行4台刀闸触头的温度即时显示。在近一年试运行中，很好地实现了各项功能。主要表现在以下两个方面：
（1）实现了封闭开关柜内反应刀闸触头接触情况的实时监测。
受开关柜完全密封等结构的限制，目前开关柜内刀闸触头及其它连接部位的接触情况仅靠检修时进行检查，运行中红外测温由于相隔观察孔玻璃而无法进行，仅靠肉眼观察是否有发红等现象，然而接头发红表明已严重影响设备安全，况且能否发现接头发红等异常现象受运行人员水平和责任心的影响，人为因素较大。采用该系统后可及时发现故障早期情况，并随时在后台监控机上进行温度显示，温度超过设定值后，后台机上进行刀闸颜改变以提醒运行人员，实现了封闭开关柜内刀闸触头的实时监测。该系统也可用于其它连接点接触情况的实时监测，从而弥补了封闭开关柜内接头接触情况实时监测的空白。
（2）实现了温度的显示及报表功能。
该系统实现了刀闸历史温度曲线、实时数据显示、实时数据显示棒图单独显示；温度日报表；实时温度、棒图、曲线同时显示；月度温度报表等功能。温度日报表如图4所示。
嵌入式软件开发
图4温度日报表显示图
5 结束语
将封闭式开关柜内设红外在线监测系统应用到110 kV永川变电站，近一年试运行的结果表明，该系统可以很好地实现刀闸触头的实时监测功能，保障设备的安全运行。但同时也存在以下不足之
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处，需要改进：
（1）目前探测器采用点对点监视，仅适用于监视刀闸接头的温度变化，若改进为面监视，探测整个开关柜内接头的发热情况，并采集最高温度点实现报警，将实现真正意义上的开关柜内在线监测，可以预防由于设备接头过热而引发的事故。
（2）温度监测数据保存在变电站内控制屏上，如需在自动化主站和操作队工作站上进行数据保存，将占用较大内存资源，变电站控制屏目前采用80G硬盘进行数据存储，就目前两台开关柜12个监测点可保存数据约两年，如整个110 kV永川站10 kV开关柜23个出线回路全部实现红外在线监测，则数据存储量太大，历史数据将通过其它专用设备进行备份。
参考文献
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收稿日期：2008-04-28。
作者简介：
张良胜(1976—)，男，工程师，主要从事电力生产工作；
张杰(1978—)，男，工程师，主要从事电力监测产品开发及研制。
（实习编辑褚晓杰）
