高压开关柜温度在线监测系统

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MFCADOAbstractAsthemostimportantequipment,Metal-cladswitchgearguaranteethesafeoperationofelectricpowersystem.Sometimes,thetemperatureofpartofMetal-cladswitchgearmaybeoverthelimitofsafeoperation,andthenarouseaccident,bringlosing.Inpast,workerscheckuptheMetal-cladswitchgearonschedule,whichtakestimeandhardsledding,cannotworkefficiencyandbetimes.On-linereal-timemonitoringfortemperatureovercomethedifficultiesofhightemperature,highvoltageandhighmagneticfield,tobeanewmethodofcheckinguptheMetal-cladswitchgear.Itcanshowthetemperatureofthespotofbeingmonitored,judgethetemperatureandgiveanalarm.Thesystemsaveslotsofresourceandimprovestheveracity.Thepaperpresentsthedetailabouttheprocedureofthedesignforthesystemfrombothhardwareandsoftwareaspects.Therearetwodefferentdesignofhardware:opticalfibertemperaturesensorisusedformiddle-voltageMetal-cladswitchgear,whichdataistransferredbyopticalfiber;anotheroneis1-WireDigitalThermometer,itisusedforlower-voltageMetal-cladswitchgear,andthedataistransferredbyunwired.ThesoftwareofOn-linereal-timemonitoringfortemperaturecanshowthetemperaturereal-time,analysethedata,gaveanalarm,savethedata,andsoon.Thesystemcanawoketheworkersaboutthealarmintime,avoidingtheaccident.Theresultoftheaxperimentindicatesthenewsystemworkswell,ithasaccomplishedthedesignaimsofanticipating,providingagoodguaranteeofthesafeoperationofMetal-cladswitchgearKeywords:Metal-cladswitchgear.Keywords:monitoringsoftwareon-linemonitoringMFCADO目录1绪论.............................................................11.1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......................................41.4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........................................83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...................................133.1.2Nsmart接口通信协议..................................153.2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...........................213.2.3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...............................244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...............................................254.2.1多线程的编程模式.....................................264.2.2线程间的通信.........................................304.2.3多线程编程设计要点...................................314.3软件功能模块设计...........................................334.3.1温度报警功能的实现...................................384.3.2通信模块编程.........................................404.4本章小结...................................................415监测系统的运行及调试............................................425.1监测系统软件的功能调试.....................................426总结............................................................43参考文献..........................................................44翻译部分..........................................................45英文原文......................................................45中文翻译......................................................59北京化工大学北方学院07届本科生毕业设计（论文）第1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，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，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，预测北京化工大学北方学院07届本科生毕业设计（论文）第2页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