CN103454005A - 高压母线无线测温系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压母线无线测温系统，属于电力领域。所述高压母线无线测温系统，是由RS-485通讯网络组成的主从分布式温度监测与管理系统；所述高压母线无线测温系统由母线测温装置、RS-485网络通信模块和上位机组成；所述母线测温装置由温度数据采集与传输模块、数据传输与控制模块组成。本发明采用基于RS-485总线的主从分布式结构，既可以独立地完成数据处理、显示和越限报警等任务，又可以将数据传给上位机；温度在线监测装置采用了无线通讯技术进行高压隔离和信号传输，利用其固有的绝缘性和抗电磁场干扰性能，从根本上解决了高压开关柜内触点运行温度不易监测的难题。
Description
技术领域
本发明涉及电力领域，特别涉及一种高压母线无线测温系统。
背景技术
母线是电气主接线的中间环节，起着汇集和分配电能的作用，在电力系统中起着非常重要的作用，电力装置中的高压载流母线常常因接触部位氧化、接触松动、负荷过大、相问短路、散热环境差等原因而使温度升高，如不及时发现处理，有时会酿成安全事故，从长期安全运行要求考虑，高压母线温度应限制在一定范围之内。因此采用一种适合的温度监测方法，对电力装置中的高压载流母线的温度进行在线实时监测是十分必要的。
由于高压电气设备一般都处于高电压、大电流和强磁场的环境中，在实际监控中，必须要求监控对象与监测仪器之阅进行电压隔离，其测试信号进行有效传输也是一直比较难以解决的问题，因此一些常规的测温方法很难适合在高压电气设备中得到应用，目前，母线温度检测主要有以下几种方案：
(1)采用色片
利用其颜色随温度的不同而变化，根据其颜色即可判断温度，缺点是准确度低，可靠性差，不能进行定量测量，而且对高压母线触点等来说，在运行时几乎看不见颜色。
(2)采用热红外检测技术
优点是测量范围大，准确度高，缺点是设各昂贵，无法检测封闭在机柜内的高压母线，而且无法实现高压设备和温度在线检测的一体化集成。
(3)光纤测温技术
光纤式温度在线监测装置，一般是采用光纤传导信号，不受高压和环境盼干扰。缺点是光纤具有易折，易断、不耐高温的特点，在柜内布线难度较大。
(4)无线温度监测技术
无线式温度在线监测装置采用无线通讯技术进行高压隔离和信号传输，利用其固有的绝缘性和抗电磁场干扰性能，较好地解决了高压开关柜内触点运行温度不易监测的难题。
长期以来，高压开关柜内触点运行温度很难监测，这是因为柜内具有裸露高压，空间狭小，通常的温度测量方法不能使用。尽管国内外已经研究了多种方案来监测母线温度，但均有一定的局限性和不足。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种解决高压开关柜内触点运行温度不易监测难题的高压母线无线测温系统。所述技术方案如下：
本发明提供了一种高压母线无线测温系统，所述高压母线无线测温系统，是由RS-485通讯网络组成的主从分布式温度监测与管理系统；
所述高压母线无线测温系统由母线测温装置、RS-485网络通信模块和上位机组成；
所述母线测温装置由温度数据采集与传输模块、数据传输与控制模块组成。
具体地，所述温度数据采集与传输模块包括信号采集控制单元、与信号采集控制单元信号连接的A相测温电路、B相测温电路、C相测温电路、无线接收模块。
具体地，所述温度数据采集与传输模块负责母线温度采集以及将采集数据通过无线传输模块PTR4000传输到数据传输与控制模块，由其进行处理与显示。
具体地，所述温度数据采集与传输模块硬件电路由数字式温度传感器DS18B20、无线传输模块PTR4000、单片机P89LPC93l组成。
具体地，所述数据传输与控制模块由信号连接的无线接收模块、信号处理控制单元、显示报警单元组成。
具体地，所述数据传输与控制模块主要功能包括温度数据的接收、显示、越限报警、定时发出数据采集命令以及与上位机的通信。
具体地，所述数据传输与控制模块的硬件电路由与温度数据采集与传输模块相对应的PTR4000数据传输模块，控制核心AT89C52单片机及其外围电路，MAX485转换电路，LCM显示电路组成。
具体地，所述数据传输与控制模块安装在检测的开关柜的柜门外侧。
具体地，所述上位机是由计算机组成的用户监测层组成；
所述上位机、所述数据传输与控制模块之间的通信为总线结构的RS-485通信网。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明采用基于RS-485总线的主从分布式结构，以测温装置接收模块中的单片机AT89C52为控制核心的从机，既可以独立地完成数据处理、显示和越限报警等任务，又可以将数据传给上位机；主机将这些数据进行处理、显示、打印，同时将各种控制命令传给各个从机，以实现集中管理和最优控制；温度在线监测装置采用了无线通讯技术进行高压隔离和信号传输，利用其固有的绝缘性和抗电磁场干扰性能，从根本上解决了高压开关柜内触点运行温度不易监测的难题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的母线测温装置的结构框图；
图2是本发明实施例提供的温度数据采集与传输模块的结构框图；
图3是本发明实施例提供的数据传输与控制模块的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例
本发明实施例提供了一种高压母线无线测温系统，是由RS-485通讯网络组成的主从分布式温度监测与管理系统。该高压母线无线测温系统由母线测温装置、RS-485网络通信模块和上位机组成。
具体地，参见图1，该母线测温装置由温度数据采集与传输模块、数据传输与控制模块组成。参见图2，该温度数据采集与传输模块包括信号采集控制单元、与信号采集控制单元信号连接的A相测温电路、B相测温电路、C相测温电路、无线接收模块。
进一步地，该温度数据采集与传输模块负责母线温度采集以及将采集数据通过无线传输模块PTR4000传输到数据传输与控制模块，由其进行处理与显示等。该温度数据采集与传输模块硬件电路主要由数字式温度传感器DS18B20、无线传输模块PTR4000、单片机P89LPC93l等其它相关元器件组成。该温度数据采集与传输模块安装在开关柜的三相母线上，每相设置两个温度采集结点，所以每台开关柜上有3×2=6个温度结点，其中各温度结点均为满足1-wire通信规约的数字化结点，温度采集结点与数据传输与控制模块之间的数据传输和高压隔离采用无线传输模块PTR4000来实现。
进一步地，该温度传感器DS18B20是由美国DALLAS公司提供的一种单总线系统的数字温度传感器，支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。
其中，每个传感器含有特定的64位ROM编码即ID号，它是区别不同传感器芯片的唯一编号。所以多个DS18B20能够连接在同一条数据线上而不会造成混乱，这为温度的多点测量带来了极大的方便。
其中，温度传感器的转换结果以16位二进制补码的形式存放在存储器中，如果测量结果的温度值高于温度报警触发器TH或低于TL中的值，则DS18B20的内部报警标志位就被置位，表示温度测量值超出范围。温度报警触发器和设置寄存器都由非易失性电可擦写存储器(EPROM)组成，设置值可以通过相应命令写入，一旦写入不会因为掉电而丢失。
进一步地，该无线传输模块PTR4000基于无线收发芯片，加上少量的外围元件，构成了无线数传模块。PTR4000无线数传模块以nRF2401无线收发芯片为核心，工作在2.4GHz自由频段，支持多点间通信，最高传输速率1Mbps，体积小巧(不包括天线，24×24mm)，功耗低，标准DIP间距接口，便于嵌入式系统使用。
详细地，nRF240l是Nordic Semiconductor公司生产的单片式无线收发芯片。它工作在全球开放的2．4GHz的ISM频段。nRF2401由完全集成的频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成。
进一步地，该单片机P89LPC93l是PHILIPS公司推出的低成本、少引脚、高集成度FLASH单片机，P89LPC931采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需2到4个时钟周期。6倍于标准80C51器件。P89LPC931集成了许多系统级的功能，这样可大大减少元件的数目和电路板面积并降低系统的成本。更好的电磁兼容性能。适合于许多要求高集成度、低成本的场合。可以满足多方面的性能要求。
具体地，参见图3，该数据传输与控制模块由信号连接的无线接收模块、信号处理控制单元、显示报警单元组成。
进一步地，该数据传输与控制模块主要功能包括温度数据的接收、显示、越限报警、定时发出数据采集命令以及与上位机的通信等。该数据传输与控制模块的主要硬件电路由与温度数据采集与传输模块相对应的PTR4000数据传输模块，控制核心AT89C52单片机及其外围电路，MAX485转换电路，LCM显示电路等组成。该数据传输与控制模块一般安装在检测的开关柜的柜门外侧。
具体地，AT89C52单片机是ATMEL公司生产的标准型系列产品，是低功耗、高性能、CMOS型的8位单片机。片内自带有8KB的EPROM，一般应用中可以不用扩展程序存储器。它属于MCS-51系列，具有51内核。
具体地，RS-485采用平衡发送和差分接收方式来实现通信：在发送端TXD将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A、B两路输出，经传输后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。两条传输线通常使用双绞线，又是差分传输，因此有极强的抗共模干扰的能力，接收灵敏度也相当高。同时，最大传输速率和最大传输距离也大大提高。如果以10Kbps速率传输数据时传输距离可达12m，而用100Kbps时传输距离可达1.2km。如果降低波特率，传输距离还可进一步提高。另外RS-485实现了多点互连，最多可达32台驱动器和32接收器，非常便于多器件的连接。不仅可以实现半双工通信，而且可以实现全双工通信。
具体地，该上位机是由计算机等组成的用户监测层组成；上位机与数据传输与控制模块之间的通信为总线结构的RS-485通信网。
本系统把温度传感器直接安装在发热点上，利用直接接触方式来采集母线温度，然后通过无线方式将数据发送到安装在开关柜柜门表面的接收装置上。接收装置可以同时接收多个温度传感器的数据，并且整理保存后轮换显示。
温度数据还可以通过RS-485通信网络发送到后台监视计算机上，由上位机软件进行数据处理和保存，并可以用温度曲线的方式显示以便分析。当温度超过预先设定的上限值时，系统将进行声音报警和屏幕提示处理，提醒值班人员进行紧急处理。
本发明的母线测温系统具有以下几个特点：
(1)多路数据检测
每台母线温度测温装置可检测6路信号。
(2)硬件结构简单可靠
所选用器件集成度高、功耗低、可靠性高。
(3)数据无线传输
采用无线传输代替信号的传输导线，避免了导线内阻和分布电容的影响、环境温度对导线的影响以及环境的电磁干扰，这种传输的多同通道的温度测量可适用于母线温度检测的场合，克服了因导线带来的种种不便。
(4)抗干扰能力强
从硬件和软件两方面采取多项措施提高测温装置的抗干扰能力。
(5)掉电保护功能
本系统中，选用非易失性数据存储器，可以在系统掉电时保护数据，因而提高了系统的可靠性。
(6)低功耗
为了延长电池电源的使用寿命，本系统尽可能选用低功耗的CMOS器件。考虑到本系统每5分钟采集一次温度数据，其他时间整个系统不工作，所以利用时基电路，使单片机系统每5分钟上电一次，进行数据采集、存储、数据传输等操作，操作完毕后整个系统(除定时电路)断电。这样就可以大大降低系统的功耗。
(7)良好的入机交互界面。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本系统采用基于RS-485总线的主从分布式结构，以测温装置接收模块中的单片机AT89C52为控制核心的从机，既可以独立地完成数据处理、显示和越限报警等任务，又可以将数据传给上位机；主机将这些数据进行处理、显示、打印，同时将各种控制命令传给各个从机，以实现集中管理和最优控制；温度在线监测装置采用了无线通讯技术进行高压隔离和信号传输，利用其固有的绝缘性和抗电磁场干扰性能，从根本上解决了高压开关柜内触点运行温度不易监测的难题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高压母线无线测温系统，其特征在于，
所述高压母线无线测温系统，是由RS-485通讯网络组成的主从分布式温度监测与管理系统；
所述高压母线无线测温系统由母线测温装置、RS-485网络通信模块和上位机组成；
所述母线测温装置由温度数据采集与传输模块、数据传输与控制模块组成。
2.根据权利要求1所述的高压母线无线测温系统，其特征在于，
所述温度数据采集与传输模块包括信号采集控制单元、与信号采集控制单元信号连接的A相测温电路、B相测温电路、C相测温电路、无线接收模块。
3.根据权利要求2所述的高压母线无线测温系统，其特征在于，
所述温度数据采集与传输模块负责母线温度采集以及将采集数据通过无线传输模块PTR4000传输到数据传输与控制模块，由其进行处理与显示。
4.根据权利要求2所述的高压母线无线测温系统，其特征在于，
所述温度数据采集与传输模块硬件电路由数字式温度传感器DS18B20、无线传输模块PTR4000、单片机P89LPC93l组成。
5.根据权利要求1所述的高压母线无线测温系统，其特征在于，
所述数据传输与控制模块由信号连接的无线接收模块、信号处理控制单元、显示报警单元组成。
6.根据权利要求5所述的高压母线无线测温系统，其特征在于，
所述数据传输与控制模块主要功能包括温度数据的接收、显示、越限报警、定时发出数据采集命令以及与上位机的通信。
7.根据权利要求5所述的高压母线无线测温系统，其特征在于，
所述数据传输与控制模块的硬件电路由与温度数据采集与传输模块相对应的PTR4000数据传输模块，控制核心AT89C52单片机及其外围电路，MAX485转换电路，LCM显示电路组成。
8.根据权利要求5所述的高压母线无线测温系统，其特征在于，
所述数据传输与控制模块安装在检测的开关柜的柜门外侧。
9.根据权利要求1所述的高压母线无线测温系统，其特征在于，
所述上位机是由计算机组成的用户监测层组成；
所述上位机、所述数据传输与控制模块之间的通信为总线结构的RS-485通信网。
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