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1、高压开关柜温度在线监测系统摘 要 开关柜是保证电力系统安全运行的重要设备之一，但是经常因为开关柜局部过热，而引起事故，造成损失。在以往的开关柜过热故障检测中，采用人工巡检，不仅费时、费力，而且不易及时发现事故。开关柜过热故障在线监测系统不仅克服了开关柜内高温、高压、强磁场环境下温度不易监测的难题，而且通过监控软件实时显示开关柜内测点的当前温度值，并做出报警处理，节省了大量人力、物力，提高了事故预判的准确性、实时性。 本文从硬件和软件两个方面介绍了监测系统的设计过程。硬件方面设计了两种不同的温度传感系统：中压开关柜过热故障监测采用光纤式温度传感器，同时采用光纤传输数据；低压开关柜采用单总线数字式
2、温度传感器，数据采用无线传输。监测系统软件主要实现了实时显示测点温度，并对温度数据做出分析、报警、保存等功能。及时提醒工作人员对报警情况做出处理，避免事故的发生。关键词： 开关柜 在线监测 温度传感器 实时监控软件 MFC ADOAbstract As the most important equipment, Metal-clad switchgear guarantee the safe operationof electric power system. Sometimes, the temperature of part of Metal-clad switchgearmaybe ov
3、er the limit of safe operation, and then arouse accident, bring losing. In past,workers check up the Metal-clad switchgear on schedule, which takes time and hardsledding, can not work efficiency and betimes. On-line real-time monitoring fortemperature overcome the difficulties of high temperature, h
4、igh voltage and high magneticfield, to be a new method of checking up the Metal-clad switchgear. It can show thetemperature of the spot of being monitored, judge the temperature and give an alarm. Thesystem saves lots of resource and improves the veracity. The paper presents the detail about the pro
5、cedure of the design for the system fromboth hardware and software aspects. There are two defferent design of hardware: opticalfiber temperature sensor is used for middle-voltage Metal-clad switchgear, which data istransferred by optical fiber; another one is 1-Wire Digital Thermometer, it is used f
6、orlower-voltage Metal-clad switchgear, and the data is transferred by unwired. The softwareof On-line real-time monitoring for temperature can show the temperature real-time,analyse the data, gave an alarm, save the data, and so on. The system can awoke theworkers about the alarm in time, avoiding t
7、he accident.The result of the axperiment indicates the new system works well, it has accomplishedthe design aims of anticipating, providing a good guarantee of the safe operation ofMetal-clad switchgearKey words: Metal-clad switchgear. Keywords: monitoring softwareon-line monitoring MFC ADO目 录1绪论11.
8、1课题背景和意义11.2开关柜温度监测技术的研究21.3系统监测软件的设计需求31.4课题主要任务42开关柜在线监测系统的总体设计62.1监测系统硬件结构62.2监测系统软件功能设计73监测系统的硬件设计103. 1光纤式温度监测系统设计103.1.1光纤式温度传感器113.1.2光纤温度在线监测仪123.1.2 Nsmart接口通信协议143.2单总线数字式温度传感器电路设计173.2.1单总线数字式温度计173.2.2温度监测模块的其他外围元件203.2.3单总线温度监测系统设计233.3两种温度监测硬件设计比较总结234监测系统软件设计254.1软件开发平台介绍254.2软件总体设计25
9、4.2.1多线程的编程模式254.2.2线程间的通信294.2.3多线程编程设计要点304.3软件功能模块设计324.3.1温度报警功能的实现374.3.2通信模块编程394.4本章小结405 监测系统的运行及调试415.1监测系统软件的功能调试416总结42参考文献43翻译部分44英文原文44中文翻译58 北京化工大学北方学院07届本科生毕业设计（论文） 第68页1 绪论1.1课题背景和意义“高低压开关柜过热故障在线监测系统”是为减轻人工巡检的负担，实现开光柜温度实时监测、提前报警而合作开发的实时温度监测系统。发电厂、变电站的中低压开关柜是保证电力系统安全运行的重要设备之一。但在运行过程中，
10、经常因为发热引起设备烧毁或突然停电等事故，导致大量的经济损失。现代电力系统对电能质量的要求越来越高，相应地对开关柜运行的可靠性也提出了更高的要求。同时，随着传感器技术、信号处理技术、计算机技术、人工智能技术的发展，使得对开关柜的运行状态进行在线监测，及时发现故障隐患并对累计性故障做出预测成为可能。它对于保证开关柜的正常运行，减少维修次数，提高电力系统的运行可靠和自动化程度具有重要意义。在设备长期运行过程中，开关柜中的触点和母线排连接处等部位因老化或接触电阻过大而发热，或母线与触点在载流过大时经常出现温升过高，使相邻的绝缘部件性能劣化，而这些发热部位的温度无法监测，由此最终导致击穿甚至火灾而造成
11、事故。电气设备的外部热故障主要指裸露接头由于压接不良等原因，在大电流作用下，接头温度升高，接触电阻增大，恶性循环造成隐患，此类故障占外部热故障的90%以上。统计近几年来检测到的外部热故障的几千个数据，可以看到线夹和刀闸触头的热故障占整个外部热故障的77%。电气设备内部热故障的特点是故障点密封在绝缘材料或金属外壳中，如电缆。内部热故障一般都发热时间长而且较稳定，与故障点周围导体或绝缘材料发生热量传递，使局部温度升高，因此可以通过检测其周围材料的温升来诊断电气设备的内部故障。根据电力事故分析，电气设备过热故障可引起火灾导致大面积设备烧损，造成被迫停电，短时间内无法恢复生产，造成重大经济损失。近年来
12、，在发电厂和变电站已经发生多起开关柜过热事故，造成火灾和大面积的停电事故，解决开关柜局部过热问题是杜绝此类事故发生的关键。因此，必须采取有效措施监控开关柜内母线与触点等的温度。为了提高供电可靠性，减少停电时间和次数，保证用户长期、稳定、安全的用电，有必要设计能实时监测并记录电力设备关键点的温度变化的监测系统，预测可能引起火灾或设备故障的局部过热情况，为现场设备的安全运行提供可靠保证。同时又可以作为电气设备故障的温度记录器，能在设备故障发生之前发出报警及检修建议，让管理人员及时发现故障前兆，提前采取防患措施，变“定期检查”为“按状态检修”减少大量的人力物力。通过监测开关柜内触点温度的运行情况，可
13、有效防止开关柜的火灾发生，由于开关柜内高压狭小的结构，很难进行人工巡查测温，因此实现温度在线监测是保证变电站开关柜安全运行的重要手段。1.2开关柜温度监测技术的研究由于开关柜触头及母线处于高电压、高温度、强磁场以及极强的电磁干扰环境中，要实现对它们的测温，必须解决电子测量装置在上述恶劣环境条件下的适应性，解决温度传感器的电位隔离、抗电磁干扰、小尺寸和便于安装等问题。目前常用的温度监测方法有下列几种：1热敏电阻式测温系统：热敏电阻具有体积小、温度响应快、产品成熟、成本低等优点，可以显示温度值，但由于每个热敏电阻都需要独立的接线、布线复杂且热敏电阻易损坏、维护量大，传感器不具备自检功能，需要经常校
14、验，因此不常采用。2红外探头测温系统:红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。红外测温仪器主要有3种类型:红外热像仪、红外热电视、红外测温仪（点温仪）。非接触红外测温仪包括：便携式、在线式和扫描式三大系列，可以在线监测。但由于系统稳定性不高，体积较大，受安装空间限制，外加受环境影响严重，误报较多，也不常采用。3示温蜡片/试温蜡片温：采用“示温蜡片/试温蜡片”存在一些问题，一是在粘贴时普遍采用清漆将“示温蜡片/试温蜡片”粘贴在电气设备需要测试的部位，这样粘贴牢固后，待测点温度达到“示温蜡片/试温蜡片”相同温度时，不能脱落下来，只有温度超过很大程度才会脱落下来，这样很容易给操作
15、人员造成误导，判断不及时。二是:“示温蜡片/试温蜡片”只能靠熔化现象表示发生了过热，现象不直观也不易发现。三是:电气设备的负荷是随用户需求量变化的，接点温度也是随之变化的，当被监视的电气设备接点发生了不同程度的过热，使用“示温蜡片/试温蜡片”不能随之不同程度熔化或脱落下来。4使用示温记录标签:“示温记录标签”是以胶粘贴固定的，只要在测温范围内发生了过热，就可以继续保留在贴片接点部位。“示温记录标签”表面涂一层随温度变化而改变颜色的发光材料，通过观察其颜色变化来大致确定温度范围，这种方法准确度低、可读性差，不能进行定量测量，因此也不能满足现在系统监测的需要。其它还有：采用双CCD彩色CCD及NICCD)成像技术，基于比色测温原理，研制生产可以实现大范围目标温度全面实时测量的高温测量电视系统。提高了测温的灵敏度、线性度、检测速度，而且大大地减少了检测过程对目标物体发射率的依赖性，做到了不受检测距离的影响，成功地解决了温度场动态实时检测的技术难题。但是这种方法成本太高，并不利于大面积推广。或者采用新兴ZigBee组网技术，研制、生产的ZBT 1. 0型无线测温系统，实现对电力系统的高压和超高压母线、高压开关接点(以2及人员无法接近的其他危险、恶劣环境)的温
