10kV高压开关柜无线测温技术分析
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文章针对10kV高压开关柜无线测温技术进行讨论，在了解无线测温技术相关原理及特点的同时，对该项技术的应用进行探讨和描述，希望能够为10kV高压开关柜的平稳运行提供有力支持。在电力系统当中，10kV高压开关柜是一项非常关键的内容，其运行质量会对整个电力系统的安全、稳定运行造成直接的影响，但在实际运行中，受到诸多因素的影响，10kV高压开关柜非常容易出现发热故障，从而对其正常运行造成不利影响。而为了对这种情况加以改善，还需要利用无线测温技术对10kV高压开关柜进行实时的监测，使故障隐患能够及时的排除，这对于电力系统的安全、稳定运行具有非常重要的意义，所以，有必要针对相关内容进行深入的研究。1 无线测温技术的原理及特点1.1 基本原理对于无线测温技术而言，其主要原理就是结合各种温度传感元件来进行测温的，而涉及到的温度传感元件包括：半导体传感器、红外测温度传感器、热敏电阻温度传感器、无源无线温度传感器、声表面温度传感器等等。1.2 技术特点第一，安全性，可以通过点位绝缘安装，降低爬电影响，所以不会影响电气设备的安全运行，具有较高的安全性；第二，准确性，在无线传感器系统当中往往会应用一些精度较高的数字传感器，且这些传感器大多以接触式测温为主，将传感器设置在发热点附近能够将测温部位的温度变化情况快速、准确测量出来，从而为第五，能耗低，无线测温技术的应用较为重视低功耗理念的应用，所以在应用该项技术进行测温时，不仅不会造成太大的能源消耗问题，还会使测温元件的使用寿命得到有效的延长。2 10kV高压开关柜中的无线测温技术2.1 整体设计第一，对温度传感器进行优选。由于无线测温技术涉及到各种温度传感器，而针对这些传感器进行分析可以发现，它们都有着特定的温度测量范围，且适用的温度环境也有所不同，但具体应用何种温度传感器，需要结合10kV高压开关柜的具体情况来考虑，要尽可能的选择测温电路简单、测量精度高、占用口线少、扩展方便、便于使用以及成本投入低的温度传感器，从而为10kV高压开关柜的平稳运行提供支持。这里选择集成温度传感器进行设计。第二，合理选择高低压侧的信号传输方式。对于10kV高压开关柜中的无线测温系统而言，无线信号传输方式是一项需要重点考虑的设计内容，必须要对其进行合理的选择，而常用的无线信号传输方式包括Zigbee技术、IEEE802.11技术、蓝牙技术以及红外技术等等，在选择过程中，需要对各项技术的标准、功耗以及抗干扰能力进行综合的考虑。而本文主要应用蓝牙技术进行无线信号传输。第三，要对高压侧供电方式进行科学的选择。通常情况下，高压侧电路的供电电源需要具备较为稳定输出、较强的抗干扰能力。而目前较为常用的几种供电方式包括CT互感器电源、电池供电、激光供电以及太阳能供电等等，其中，CT互感器电源不仅能够对高压侧供电需求加以满足，在结构安全性、应用成熟度以及环境适用性方面也具有10kV高压开关柜无线测温技术分析云南电网有限责任公司电力科学研究院 于 虹
图1 高压发送端电路图监测系统提供准确的测温数据；第三，灵活性，通常情况下，无线测温元件的体积都比较小，因此，其安装较为方便，能够进行灵活的组网，既可以使用有线网络，也可以使用无线网络，而且能够满足多点安装的需求，确保测量工作的全面性；第四，易用性，通常会采用模块化的方式进行无线测温平台的设计，通过这种设计方式，能够有效提升系统操作的便捷性和简单性，且便于和网络的连接，实现系统的自动化控制，确保了系统的易用性；• 18
•ELECTRONICS WORLD・探索与观察较大的优势，所以，本设计决定使用CT互感器电源进行供电。2.2 硬件设计第一，蓝牙无线通信模块。根据应用方式可以将蓝牙技术分为蓝牙模块以及蓝牙芯片这两种，而考虑到蓝牙模块在电路设计以及组织方式上的优势，文章决定应用BLK-MD-MC04-B蓝牙模块进行设计，这种蓝牙模块的特点包括收发灵敏、功耗低、体积小以及成本投入低等，而在高低压侧进行信号传输，需要在每一路设置2个蓝牙模块。而高压发送端电路如图1所以。在对低压侧进行设计时，需要对蓝牙模块的即连即用特点进行充分的考虑，确保低压侧设置的蓝牙模块能够对高压侧的信号传输进行自动的接收，并向数据处理单元进行信号的传输。由于ATmega16单片机和上述蓝牙模块存在不同的电压要求，所以，需要在对蓝牙通信模块进行硬件设计的过程中，在两者间设置电压转换芯片，利用AMS1117正向降压稳压器，为蓝牙通信模块的运行提供有利支持。第二，温度检测模块。该模块主要涉及到电源处理电路、功能CT、单片机系统、温度传感器以及蓝牙发射模块等，使用的温度传感器以封装结构为主，且使用的是外部供电，为了使总线稳定运行，需要将一个4.7kΩ的上拉式电阻设置在单总线上，此外，结合I/O引脚温度检测模块即可进行单总线通讯。但由于市场当中的单片机具有较多的种类，且特点也各不相同，因此，在对单片机进行选择时，需要对其性价比、性能以及应用场合进行综合的考虑，而由于单片机的主要工作就是进行蓝牙收据其时序要求落实相关操作也是软件设计的关键所在。而表1针对DS18B20数据读取模块的读写操作进行了描述。第二，蓝牙通信模块。由于该模块需要由相关设备与主机控制接口进行通信连接，在蓝牙主设备进行初始化以后，会保持查询状态，所以，设备初始化以后也会进入查询扫描状态，因此，可以将两者进行高质量的连接，但是大多数时间进行连接的蓝牙主从设备都能将该步骤省略。由于在单片机ATmega16当中设有加强的USART接口，而该接口主要由发送器、时钟发生器以及接收器组成，这里的蓝牙通信模块主要使用异步模式进行设计，所以，每个数据帧的传输大多都是由1个起始位、1-2个停止位以及5-9个数据位构成，而在经由串口实施通信时，必须要对串口进行初始化处理。2.4 系统调试及应用第一，系统调试。对于10kV高压开关柜而言，其无线测温系统的作用发挥往往会受到软硬件调试效果的影响，因此，必须要对功能模块调试保持高度的重视。其中硬件调试的顺序如下：首先，要对PCB裸板进行测试，其次，进行上电操作，再次，实施电源调试，最后，对主芯片硬件进行调试。而对于软件的调试，则可以分为三部分。一是，LCD显示调试。该调试操作需要根据控制时序进行；二是，调试蓝牙通信模块，该模块的调试工作涉及到高压侧的调试以及高低压侧数据发送的调试，其中前者需要利用串口助手进行支持，可以对PC接收的数据进行验证。后者可以利用串口助手向PC进行传输，并对数据的正确性进行验证。表1 DS18B20数据读取描述内容信号产生注意事项采样时间数据写入需要对数据线进行调整，将其从高电平调至低电平要将高电平恢复期控制在1μs以上在15μs-60μs之间开始采样数据读取进行数据线的调整，将其从高电平调整至低电平，持续1μs以上，然后再将数据线调回高电平要将高电平恢复期控制在1μs以上在时序下降以后，在起始后的15μs开始进行读取发模块以及温度传感器的通信，所以，系统决定使用ATmega16单片机，并使用TQFP封装。第三，数据处理控制单元。该单元需要与多路开关模块结合接收和处理相关温度数据，而多路开关模块则需要在串口接收端对接收到的数据进行RXD处理，以此来保证系统功能的有效发挥。对于数据处理控制单元来说，低压端供电电源是一项非常关键的内容，特别是集成开关电源芯片，是其中的重中之重，具有较为完善、稳定的保护电路，所以，使用这种芯片建立的稳压电路通常只需要设置4个外围元件。具体包括芯片、电感、电容以及二极管。2.3 软件设计第一，DS18B20数据读取模块。在对该模块进行设计的过程中，需要根据单总线协议，由主机进行复位脉冲的发射，并进行DS18B20复位，执行ROM操作命令，激活DS18B20，实现命令的接收，由此可以将温度转换及读取工作完成。DS18B20对于电特性以及时序参数的要求相对较高，在确保DS18B20初始化的基础上，根将软硬件调试工作有效完成以后，才能确保无线测温系统在10kV高压开关柜中的正常使用。第二，具体应用。为了对无线测温系统的性能进行有效的验证，相关单位针对频繁出现发热问题的10kV高压开关柜应用了该系统，并根据现场情况实施了现场调试，同时进行了初次的温度测量和软件测试，在完成相关工作以后对系统效果进行了评估，在连续进行数据收集3个月以后，通过数据分析验证了系统的实用性和有效性，使10kV高压开关柜当中的发热问题得到了有效的解决，由此可见，本研究具有一定的实践价值。综上所述，针对10kV高压开关柜的无线测温技术加强研究与应用，能够使10kV高压开关柜中的发热问题得到有效的解决，这对于电网的安全、稳定运行具有至关重要的作用，因此，相关领域一定要对无线测温技术进行深入的研究，并结合实际情况，在10kV高压开关柜当中进行合理的应用，使其能够在电网运行过程中发挥更大的作用。
