配电柜预警系统设计

摘要：本文作者介绍了配电柜预警系统的设计原理、硬件设计及软件设计，供大家参考借鉴。

关键词：配电柜；预警系统；设计

Abstract: In this paper , the author describes the distribution cabinet early warning system design principle, hardware design and software design, for your reference.

Key words: distribution cabinet; early warning system; design

中图分类号：TM93文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

与传统的此类系统相比，本系统更具有全局性、实时响应性、预见性和通用性，通过检测开关柜内触点的温度，对异常现象进行及时处理，可有效防止严重事故的发生。当前，电力系统向着 500kV 以上超高压、大容量发展，高压供电设备的运行温度监测尤为重要，本系统推广应用将具有广阔的前景。此外，设备运行档案记录了相关设备的正常运行参数，通过对设备不同时间段运行数据的对比诊断，可以判断器件的老化情况，掌握设备温度变化趋势，及时发现设备隐患；对新更换电器元件的工作状况进行分析，可以及时发现元器件缺陷。 本系统对于提高设备故障诊断检测技术水平，及时发现和消除设备隐患具有重要的指导作用。同时在线监测可以避免人工点检带来的人身安全隐患，对实现安全生产有重要意义。

目前对开关柜触点、大电流接点等易发热部位的监测手段大多采用手持式红外线测温仪定期进行，不能及时发现故障点。同时大部分高压开关柜采用封闭式结构，开关触点和母线排连接处工作环境恶劣，传统的测温仪表如热电偶、红外测温仪等无法对这些位置进行直

接接触测量，使柜内设备缺乏跟踪监测手段,不能及时发现柜内设备发热点。

本文利用光纤具有抗电磁干扰、电绝缘、体积小、耐腐蚀、本质安全的优点，采用人工智能相关技术，针对配电设备开发出了多点温度检测和智能诊断系统，提出并设计了一种基于多通道光纤温度监测、串行通信和智能诊断处理的灾害预警处理系统，并且设计了监控主机配套软件。

1 系统测量预警原理

灾害预警系统整体结构如图 1 所示。

光纤式温度传感模块安装于配电系统关键部件上进行现场数据的实时采集，通过光纤作为通讯介质将实时温度数据采集到现场智能采集设备，现场设备进行故障诊断、处理，并且将数据传送到监控主机，在监控主机对数据进行处理、保存、打印等智能诊断，根据运行状态提供不同级别的报警服务。系统同时提供网络化接口，供远程访问使用。该系统主要包括硬件和软件两大部分，其主要模块包括：a.数据采集：采用光纤传感器，对配电柜触点温度进行非接触式在线测量，用于采集现场信息；b.故障诊断：对数据采集模块提供的原始数据进行分析处理；c.灾害预警：根据故障诊断的结果，响应信息管理模块的报警请求，提供多种类型（如语音报警、声光报警等）、不同级别（如紧急、注意等）的报警服务；d.图形语音提示：对各种状态下的语音提示信息进行组态；e.信息管理：根据需要提供系统与用户之间对话的接口，允许用户根据需要对系统进行定制（如设定不同的报警等级、信号采样速率等）；f.设备运行日志：提供记录设备运行参数等信息的数据库，供信息管理模块调阅、修改，故障诊断；g.远程访问服务：设备运行状况等信息不但可以本地查看，还可以提供外部访问服务。

2 系统硬件设计

2.1 系统硬件整体设计

光纤式在线温度监测及灾害预警系统硬件由两部分组成：现场仪表和监控主机。

图 2 表示了该系统的硬件逻辑结构。现场仪表包括光纤温度传感器、多通道光纤温度监测仪等，安装于温度监测现场（开关柜）。监控主机安装于监控室内，运行系统监控功能软件，可以对现场多通道光纤温度监测仪进行相关设定与控制， 同时建立设备运行档案， 并可以实现语音报警。现场仪表和监控主机之间采用 RS-485 总线进行连接，构成监控网络。

2.2 系统硬件模块设计

2.2.1 光纤温度采集模块。光纤温度采集模块作为温度数据采集装置，采用 Nsmart8 光纤温度测量仪，能够同时支持 6 个光纤温度传感器，实现最多 6 通道的温度测量。通过光纤与光纤温度传感器连接，实现温度信号的采集，带背光的 LCD 显示屏能够同时显示 6 个通道的温度数值。每个多通道光纤温度在线监测仪具有两个专用设备地址号和一个通用地址号码（0x00），用于主机与现场设备通讯时使用。

2.2.2 智能温度分析报警模块。 基于 ARM 构造的嵌入式系统，通过 485 总线与监控主机进行通讯，可以实现温度的在线分析与现场报警，报警阀值和报警方式可以由上位机设定。报警采用绿、黄、红三个 LED 指示灯和一个蜂鸣器。根据预置温度范围分别以三种颜色表示当前温度状态， 并可以根据系统设定控制蜂鸣器报警。

2.2.3 RS-485 网络接口。多通道光纤温度在线监测仪具有一个 RS-485 接口，最大的通讯距离约为 1219m，最高传输速率为 10Mbps。该接口用于与上位计算机的网络连接与通信，可以支持 64 个多通道光纤温度在线监测仪联网运行。根据实际情况，如果需传输更长的距离，可以增加 485 中继器。

2.2.4 上位机及语音报警装置。上位机使用高性能工业控制计算机，采用标准 RS-485 总线与现场多通道光纤温度在线监测仪构成总线型网络，对分布于现场各个监测点的温度监测、报警设备进行统一管理和设定，并对全部的温度数据实现统一管理。计算机安装了界面友好的监控软件，提供监控和报警设定接口，同时配置有源音箱，对于异常状况可以实现本地语音报警和屏幕图形警示。

3 监控主机系统软件设计

监控主机系统软件采用 Windows 应用程序，实现下位机硬件组态、数据采集、显示、 记录、智能分析、语音报警处理等主要功能。该软件系统人机界面友好，操作简单，无需专业技术储备。其实现的主要模块界面有：

3.1 主控界面

完成数据的采集、记录、智能分析、数字量显示以及图形化显示等，并根据采集数据与设定阀值的关系进行语音报警及图形化显示。智能化数据分析模块对采集到的温度数据进行分析，根据对采集数据的梯度分析对触点的温度变化趋势进行必要的预测及预警。

3.2 历史数据管理

将记录的历史数据以图形化方式显示出来，从而可以分析触点温度变化趋势，便于根据温度值变化趋势进行预警处理。该界面同时具有历史数据打印功能，便于当某些触点出现非正常变化趋势时，专家可以通过对历史数据的诊断提出必要的预防处理措施。

3.3 硬件组态模块

根据现场端设备的配置情况，设定各采集模块及报警模块的设备地址， 采用的数据通道，安装位置，数据存储格式，设定图形显示模式等。该模块在系统组态态时使用，运行过程中为了保证系统的安全性对该模块设置了屏蔽。

4 结束语

在现代自动化、连续性工业生产过程中，一次意外的电力系统故障能导致严重的财力浪费，甚至发生火灾、危及人身安全，造成不可挽回的损失。通过对配电室事故的综合分析研究发现，除了人为的违章操作外，最终导致重大损失的事故几乎都是以火灾的形式发生，而火灾的直接原因主要是短路、过载、接触不良、器件缺陷或老化等。长期运行过程中，开关柜中的触点和母线排连接处等部位老化和接触电阻过大而发热，是造成供电系统失效的主要原因是之一。而触点与母线排在封闭的开关柜内，发热部位不易监测，因此对在封闭开关柜内的开关触点、母线排连接处工作温度进行在线监测， 提前发现和排除热故障隐患， 对电力系统的安全可靠运行具有非常重要的意义。

参考文献：

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[2] 孟庆民. 光纤温度传感器在电力高压开关在线监测中的应用[J].传感器世界,2005,7.

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。