CN104316201A - 高压隔离开关触头红外阵列测温监控系统 - Google Patents

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陈军
许祝
杨波
冯伟
胡涛
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重庆瑞升康博电气有限公司
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Abstract

本发明涉及变电站的测温系统,尤其涉及一种高压隔离开关触头红外阵列测温监控系统 。 它由红外温度阵列传感器、微处理器单元、键盘单元、显示屏单元、声光报警单元、电平转换单元、CAN总线控制器、光耦隔离单元、CAN收发控制器、电源转换单元组成;红外温度阵列传感器对高压开关柜中的高压隔离开关触头温度进行非接触测量,测量出的信号送入微处理器单元,经微处理器单元进行运算分析后将结果一方面通过显示屏予以实时显示;另一方面通过CAN总线控制器和CAN收发控制器,其输出送往CAN-BAS,使得挂在CAN总线上的远端值班室或控制中心计算机设备能够实时分享和处理这些数据。

Description

高压隔离开关触头红外阵列测温监控系统
技术领域
[0001] 本发明涉及变电站的测温系统,尤其涉及一种高压隔离开关触头红外阵列测温监控系统。
背景技术
[0002] 在电力系统中,发电厂和变电站的高压开关柜和电缆分支箱是保障供电稳定可靠的重要的设备。现有用电设备对供电的可靠性要求越来越高,在高电压,大电流状态下,高压开关柜的工作可靠性与隔离开关触头温升紧密相关。在电网的运行过程中,机械振动,触头烧蚀等原因都能使接触条件恶化,接触电阻增加,引起接触点温度升高,加剧接触表面氧
化,导致局部熔焊或接触松动处产生电弧放电,最终造成电器设备的损坏甚至停电或引发火灾等重大事故。这类触头过热故障事故一方面来自高压柜开关本身的质量问题,更重要
的原因在于目前缺乏针对隔离开关触头温升的有效监测手段。其原因其一在于柜内具有裸露高压,通常的温度测量方法不能使用;其二目前电力系统中采用的开关柜在线实时测温系统由于安装繁琐、布线繁重、维护不便、造价较高。
发明内容
[0003] 本发明的目的是为克服上述现有技术的不足,提供一种高压隔离开关触头红外阵列非接触式测温监控系统。本发明具有针对性强,可靠性好,系统功能完善等优点。对提高高压隔离开关及高压开关柜乃至电力系统的运行可靠性都有很大的实用价值。
[0004] 为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
高压隔离开关触头红外阵列测温监控系统由红外温度阵列传感器、微处理器单元、键盘单元、显示屏单元、声光报警单元、电平转换单元、CAN总线控制器、光耦隔离单元、CAN收发控制器、电源转换单元组成。
[0005] 红外温度阵列传感器I对高压开关柜中的高压隔离开关触头温度进行非接触测量,测量出的信号送入微处理器单元2,经微处理器单元2进行运算分析后将结果一方面通过显示屏4予以实时显示;另一方面通过电平转换单元6进行电平转换,转换后的电平输入到CAN总线控制器7,经光耦隔离单元8输入到CAN收发控制器9,其输出送往CAN-BAS,使得挂在CAN总线上的远端值班室或控制中心计算机设备能够实时分享和处理这些数据,当高压隔离开关触头温度超过设定温度时,声光报警单元5将予以声光报警,键盘单元3与微处理器2进行人机对话,对需要检测的参数根据现场具体情况进行设置;220VAC输入到电源转换单元10,经整流滤波及变换处理后输出多组直流电源给不同工作单元提供所需的工作电压电压;
本发明的优点在于:
1、传感器采用红外温度阵列传感器进行非接触式测温,有效避免和高压接触带来的不良影响,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。
[0006] 2、选用先进的MLX90620红外温度阵列传感器并采用先进的电路设计,MLX90620是一种高性价比的热成像解决方案。该16 X 4远红外热电堆传感器阵列可覆盖-20°C〜300°C的温度范围,能生成目标区域的实时热值图谱,有了它,就可以不用单点传感器或昂贵的微测热辐射计来扫描目标区域了,大大降低了制造成本,提高了温度监测的可靠性、稳定性和数据的准确性。
附图说明
[0007] 图1是系统框图
图2是MLX90620红外温度阵列传感器内部框图图3 MIX90620红外线阵列传感器与微处理器连接图图4是图4是CAN总线电路图5红外线阵列工作原理流程框图。
[0008]
具体实施方式
下面结合附图对发明的高压隔离开关触头红外阵列测温监控系统以下详细的说明。
[0009] 高压隔离开关触头红外阵列测温监控系统有红外温度阵列传感器、微处理器单元、键盘单元、显示屏单元、声光报警单元、电平转换单元、CAN总线控制器、光耦隔离单元、CAN收发控制器、电源转换单元组成。
[0010] 红外温度阵列传感器I对高压开关柜中的高压隔离开关触头温度进行非接触测量,红外温度阵列传感器I采用Melexis迈来芯公司的MLX90620红外温度阵列传感器,它是一种高精度非按触式温度测量传感器,测量出的信号通过I2C接口与微处理器单元2进行通信;经微处理器单元2进行运算分析后将结果一方面通过显示屏4予以实时显示高压隔离开关触头温度和高压开关柜里面的环境温度;
另一方面通过电平转换单元6进行电平转换,微处理器单元2输出接口电平是3.3V,CAN总线控制器7电平是5V,通过电平转换单元6将微处理器单元2输出接口电平提升到5V,使之与CAN总线控制器7电平一致。
[0011] 转换后的电平输入到CAN总线控制器7,经光耦隔离单元8输入到CAN收发控制器8,其输出送往CAN-BAS,使得挂在CAN总线上的远端值班室或控制中心计算机设备能够实时分享和处理这些数据,当高压隔离开关触头温度超过设定温度时,声光报警单元5将予以声光报警,同时报警信息也将通过CAN-BAS总线上传到远端值班室或控制中心,提醒相关人员采取及时处理措施;键盘单元3与微处理器2进行人机对话,对需要检测的参数根据现场具体情况进行设置;220VAC输入到电源转换单元10,经整流滤波及变换处理后输出多组直流电源给不同工作单元提供所需的工作电压电压;例如MLX90620红外温度阵列传感器所需工作电压为2.6V直流电压,微处理器所需工作电压为3.3V直流电压等。
[0012] 图2是MLX90620红外温度阵列传感器内部框图,在图中可以看到MIX90620由16x4像索组成红外热电堆阵列,也就是说MIX90620包含64个红外线像索,每个像索都对应有低噪声斩波放大器和高速ADC (模拟数字转换放大器)。芯片中的PTAT (绝对温度比例电路)传感器来测量环境温度。64个红外线像索和PTAT的输出经都数字滤波器输出存在内部的 RAM,RAM 与 I2C 接口连接,MLX90620 有内建的 2Kbit, 256x8 EEPROM, EEPROM 有独立I2C地址作存储校准常数和器件的配置。外部微处理器通过I2C通信读取存放在RAM中的红外线传感器测量的原始结果,结合芯片内EEPROM的校准数值,来共同计算最终的环境温度Ta和物体温度To。
[0013] 图3是MIX90620红外线阵列传感器与微处理器连接电路图,
图中ICl是MIX90620红外线阵列传感器,它采用工业标准四引脚T0-39封装,一共有4个引脚,引脚I (SCL)是I2C通信协议的串行时钟信号,引脚2 (SDA)是I2C通信协议的串行数字输入/输出,引脚3 (VDD)是电源输入,引脚4 (GND)地。引脚I (SCL)和引脚2(SDA)分别通过上拉电阻Ra好Rb与外接输入电源E+相连接,同时分别与微处理器的I2C总线引脚P3.1和P3.3 口连接,本发明选用的是MSP430F169微处理器。
[0014] 图4是CAN总线电路,在总线电路中IC2是微处理器MSP430F169,它是美国德州仪器公司的一种混合信号单片机,采用了最新低功耗技术,它将大量的外围模块整合到片内,特别适合于开发和设计单片超低功耗系统。MSP430 F169微处理器主要具有如下特点:
(1)低电压、超低功耗。工作电压3.3V,在RAM保持关闭工作方式下工作电流仅为0.15uA。
(2)具有12位的模数转换器,可以得到很高的精度,并且省去了使用专门的模数转换器给设计电路板带来的麻烦。(3)拥有大容量的存储空间。
[0015] (4)有串行通信接口,可用于与计算机进行异步或同步串行通信。(5)硬件乘法器。该乘法器独立于CPU进行乘法运算的操作,在提高乘法运算速度的同时也提升了 CPU的利用效率。(6)串行在系统编程。通过仿真器对程序进行下载,并通过专用软件对程序及单片机的工作状态进行监控,极大地方便了程序的调试。
[0016] 图中IC3和IC4是一个8位的双向电平转换器件SN74LVC4245,支持3.3V与5V电平之间的双向转换。它将MSP430 F169微处理器的输出电压转换为5V,用于解决与CAN总线控制器SJA1000逻辑器件接口的电平兼容问题。
[0017] 图中IC5是Philips公司的一款独立的CAN总线控制器SJA1000,可完成CAN总线的物理层和数据链路层的所有功能。SJA1000由CAN核心模块、发送缓冲区、接口 FIFO、验收滤波器和接口管理逻辑组成。CAN核心模块主要负责CAN信息帧的收发和CAN协议的实现,接口管理逻辑负责SJA1000与主控制器的接口。在进行数据传输时,主控制器把标识符和数据送入发送缓冲区,然后通过对命令寄存器CMR中的发送请求位置位,启动CAN核心模块自行将发送缓冲区中的数据读出,并按CAN协议装配成完整的CAN信息帧,通过收发器发往总线。,从而启动CAN核心模块读取发送缓存区中的数据,再按CAN协议封装成完整的CAN信息帧,通过收发器发往总线,发送缓存区的容量为13字节。验收滤波器单元对接收到的信息进行处理后送到接收FIFO中,接收FIR)为64字节。图中IC6是Philips公司的CAN总线收发器82C250,它实现CAN控制器与总线的差动收发物理接口。该收发器有3种不同的工作方式可供选择,分别是:高速、斜率控制和待机方式。通过RS引脚对地连接的电阻R200可对总线进行斜率控制,斜率正比于RS引脚上的电流输出。对于传输速率要求较高的应用场合,通常将RS引脚直接接地以选择高速方式。此方式不采取任何措施限制上升和下降斜率,因此必须采用屏蔽电缆以屏蔽射频干扰。CAN控制器的发送和接收端口分别通过I个高速光电耦合器6N137与82C250连接,有效地抑制了总线引入的干扰。很好地实现了收发器与控制器之间的电气隔离,保护智能节点核心电路安全工作,并实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。为实现这种电气隔离,光耦器件两侧的直流电源必须是两个无直接联系、相互隔离的直流电源,否则采用光耦就将失去意义。
[0018] 图中Gl和G2是是一款用于单通道的高速光藕合器BN137光藕合器,6N137光藕合器的第6脚Vo输出电路属于集电极开路电路,必须上拉一个电阻;第二是BN137光藕合器的第2脚和第3脚之间是一个LED,必须串接一个限流电阻;信号从脚2和脚3输入ClOO/ClOl电容可以吸收电源线上的纹波,又可以减小光电隔离器接受端开关工作时对电源的冲击;脚6是集电极开路输出端,通常加上拉电阻R102/R103 ;C102/C103是输出负载的等效电容,它和R102/R103.影响器件的响应时间。
[0019] 图5是红外线阵列工作原理流程框图,从此工作原理流程框图中可以知道MIX90620红外线阵列传感器的工作过程。
[0020] 本发明出了上述案列还有显示器单元、键盘输入单元、电源转换单元及声光报警单元,这些单元都是属于大众很熟悉的公有技术,所以在此就不做过多阐述。
[0021] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种高压隔离开关触头红外阵列测温监控系统,其特征在于:它由红外温度阵列传感器、微处理器单元、键盘单元、显示屏单元、声光报警单元、电平转换单元、CAN总线控制器、光耦隔离单元、CAN收发控制器、电源转换单元组成;红外温度阵列传感器(I)对高压开关柜中的高压隔离开关触头温度进行非接触测量,测量出的信号送入微处理器单元(2),经微处理器单元(2)进行运算分析后将结果一方面通过显示屏(4)予以实时显示;另一方面通过电平转换单元(6)进行电平转换,转换后的电平输入到CAN总线控制器(7),经光耦隔离单元(8)输入到CAN收发控制器(9),其输出送往CAN-BAS,使得挂在CAN总线上的远端值班室或控制中心计算机设备能够实时分享和处理这些数据,当高压隔离开关触头温度超过设定温度时,声光报警单元(5)将予以声光报警,键盘单元(3)与微处理器(2)进行人机对话,对需要检测的参数根据现场具体情况进行设置;220VAC输入到电源转换单元(10),经整流滤波及变换处理后输出多组直流电源给不同工作单元提供所需的工作电压电压。
2.根据权利要求1所述一种高压隔离开关触头红外阵列测温监控系统,其特征还在于:红外温度阵列传感器(I)采用Melexis迈来芯公司的MLX90620红外温度阵列传感器,它是一种高精度非按触式温度测量传感器,测量出的信号通过I2C接口与微处理器单元(2)I2C接口的进行通信。
3.根据权利要求1所述一种高压隔离开关触头红外阵列测温监控系统,其特征还在于:采用独立的CAN总线控制器SJA1000、CAN总线收发器82C250、双向电平转换器件SN74LVC4245及高速光电耦合器6N137组成了系统的CAN总线控制系统;双向电平转换器件SN74LVC4245它将MSP430 F169微处理器的输出电压转换为5V,用于解决与CAN总线控制器SJA1000逻辑器件接口的电平兼容问题,CAN总线控制器SJA1000完成CAN总线的物理层和数据链路层的所有功能;CAN总线收发器82C250实现CAN控制器与总线的差动收发物理接口功能;CAN总线控制器SJA1000通过高速光电耦合器6N137与82C250连接,有效地抑制了总线引入的干扰,很好地实现了收发器与控制器之间的电气隔离,保护智能节点核心电路安全工作。
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