淺談非接觸式母線槽測溫系統的應用及產品選型

摘要：設計了非接觸式密集型母線槽溫度測量系統。采集非接觸式紅外溫度測量模塊采集母線溫度，然后通過4G數據傳輸模塊將數據上傳到服務器，并在客戶端的可視化界面進行溫度監測和預警、設備管理等操作。經過實際使用檢查，系統可以監測整個社區各位置的插件箱的溫度，并可以進行遠程監控和管理，具有實用性和可擴展性。

關鍵詞：密集型母線槽；紅外測溫系統；實時監控；4G數據傳輸；

引言

 在密集型母線槽系統中，密集型母線槽通過母排插入插入箱后板上的金屬彈片連接。由于安裝環境狹窄，安裝過程難以控制，難以保證良好的接觸，容易使插入點的接觸電阻過大。再加上長期大電流運行和空氣氧化等因素的影響，插接點母線容易老化，使接觸電阻繼續增大。電流的熱效應變大，導致母線溫度升高。當母線溫度超過一定閾值時，會對電力系統設備造成危害，甚至發生火災。在某樓盤的施工、運維和廠家的現場測試中，47個插接箱中6個點的接觸電阻達到毫歐級，高達數十毫歐級。10m按接觸電阻為10mΩ，通過電流為250A計算，接觸點的加熱功率P=I2R=250A×250A×10mΩ=625W，相當于一臺家用電熱器的功率，可見一旦接觸電阻過大，溫度就會迅速升高。因此，有必要對母線溫度進行實時監測和預警。

 插件箱數量多，處于高壓、大電流環境中。人工定期檢查的方法工作量大，風險高，不全面，不實時。目前，大多數采用溫度傳感器測量母線溫度，并通過各種通信設備將溫度數據匯總傳輸到客戶端，實現母線的實時溫度測量[5]。

一整體設計方案

 介紹了一種非接觸式密集型母線槽測溫系統，測溫系統結構框圖如圖1所示。

 在插入箱中，每根母線上方放置一個MLX90614紅外測溫傳感器模塊。每個測溫模塊通過I2C總線將測溫數據發送給MCU，MCU將接收到的溫度數據處理后發送給4G數據傳輸模塊。4G數據傳輸模塊將接收到的溫度數據發送到云服務器，將這樣一個負責監控和發送數據的系統放置在每個插入箱中。云服務器負責在客戶端顯示接收到的所有溫度信息，并在客戶端實時監控和預警母線的溫度，形成以云服務器為中心節點、插入箱內部部分系統為子節點的星形網絡結構。云服務器負責在客戶端顯示接收到的所有溫度信息，并在客戶端實時監控和預警母線的溫度，形成插入箱溫度采集、傳輸和可視化監控的測溫系統。從插入箱的火線和零線之間取電作為輸入電壓，通過電源模塊的降壓處理獲得穩定的輸出電壓，為整個系統的每個模塊供電。

二硬件設計電路

 每個插件箱中都有一個終端溫度測量傳輸硬件系統，以STM32F103x8為主控芯片設計外圍電路。STM32F103x8內核為32位高性能ARMCortex-M3處理器，時鐘頻率高達72MHz，可以以足夠高的頻率收集每個溫度數據。它還有兩個I2C接口、五個串口和SPI接口，有足夠的接口與外部設備相互通信。STM32F103x8讀取每個溫度測量模塊的溫度值，進行比較處理，將處理后的溫度數據發送給4G數據傳輸模塊。

1終端測溫傳輸硬件設計

 終端測溫傳輸硬件設計電路主要由降壓供電電路、紅外測溫部分電路、串口發送電路、時間電路、濾波器和指示電路組成。

2降壓供電電路

 降壓供電電路如圖2所示。從插入箱母線的火線和零線引出的電壓連接到P2端子，串入保險絲保護電路。高電壓通過鐵芯變壓器(T1)和AP12N12芯片降低，然后通過電容C10、C11濾波，獲得穩定的12V電壓，為4G數據傳輸模塊提供工作電壓，12V電壓通過ASM1117芯片降壓和C2、C9進行濾波，得到系統穩定運行所需的3.3V電壓。

3時間電路

 為了為系統提供準確的時間間隔5分鐘向客戶端發送數據，DS1302芯片設計時間電路，DS1302是一個實時鐘芯片，可以提供秒、分、小時、日、月、年等信息，并具有軟件自動調整的能力。SPI通信為STM32F103x8提供準確的時間信息，時間電路圖如圖3所示。

4濾波器和指示電路

 3.3V與GND并聯6個100nF電容C3～C8濾波光滑電壓。指示燈U6為正常電壓測試指示燈，指示燈U5為測試程序指示燈，為后期維護和調試提供方便。濾波和指示電路原理圖如圖4所示。

5 7USR-DR504(4G數據傳輸模塊)

 由于插箱距離較遠，地板位置不同，通信傳輸困難。為了解決通信問題，采用4G-DTU(數據傳輸模塊)，在有4G網的地方可以實現通信功能，不受地理位置和環境的限制。USR-DR504是一種導軌4G-DTU，支持移動、中國聯通、電信4G網絡，以“傳輸”為功能核心，易用性高，可實現STM32F103x8串口到網絡云服務器的雙向數據透明傳輸，具有高速、低延遲的特點。在設計中選擇其網絡傳輸模式(NET)，在這種模式下，STM32F103x8可以通過串口連接USR-DR504將溫度數據發送到需要的HTTP服務器，其數據傳輸示意圖如圖5所示。

三系統軟件設計

1溫度采集、處理、發送軟件設計

2客戶端軟件設計

四系統測試與分析

五安科瑞溫度在線監測系統解決方案

1概述

 電氣接觸在線溫度測量裝置適用于高低壓開關柜內電纜接頭、斷路器接頭、閘門開關、高壓電纜中間頭、干變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測，防止氧化、松動、灰塵等因素導致接觸電阻過大，提高設備安全，及時、持續、準確地反映設備運行狀態，降低設備事故率。

 Acrel-2000T無線測溫監測系統通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接通信，系統設計遵循國際標準-RTU、Modbus-TCP等傳輸規則大大提高了安全性、可靠性和開放性。該系統具有遙信、遙控、遙控、遙控、遙控、事件報警、曲線、棒圖、報告和用戶管理功能，可監控無線溫度測量系統的設備運行狀態，實現快速報警響應，防止嚴重故障。

2應用場所

 適用于電力物聯網、鋼廠、化工、水泥、數據中心、醫院、機場、電廠、煤礦等電力設備的溫度監測。

3系統結構

4系統功能

 溫度測量系統主機Acrel-2000T安裝在值班監控室，可以遠程監控系統中所有開關設備的運行溫度狀態。該系統具有以下主要功能：

1）溫度顯示

2）溫度曲線

3）運行報表

4）實時告警

5）歷史事件查詢

5系統硬件配置

 溫度在線監測系統主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元、通信層的邊緣計算網關和站控層的溫度測量系統主機組成，實現變配電系統關鍵電氣部件的溫度在線監測。

六安科瑞AMB300系列母線槽紅外測溫解決方案

 安科瑞AMB300系列母線槽紅外測溫解決方案是一種非接觸式紅外測溫裝置，可解決母線槽溫升過高的問題，實時將連接器中的每相溫度數據上傳到后臺，提示管理人員注意報警點或采取必要的預防措施。

AMB300紅外測溫網示意圖

AMB300紅外測溫系統拓撲圖

AMB300紅外測溫原理示意圖

安科瑞系統平臺界面

七結語

 本文設計了一套非接觸式密集型母線槽溫度測量系統，用于監測和預警社區內各母線與密集型母線槽插入箱的溫度，并對遠程客戶端界面進行實時管理和監控。系統設計包括硬件電路設計和客戶端軟件設計。采用非接觸式測溫模塊，提高了測溫系統的安全性和準確性，不影響電力系統的運行。使用4G數據傳輸模塊將溫度數據上傳到服務器，解決安裝在不同位置的插件箱溫度數據的傳輸問題，避免重新布線和傳輸數據，無距離限制，便于隨時添加和更改設備。此外，由于所需傳輸的數據相對簡單，所產生的流量成本在可接受的范圍內。客戶端開發的可視化軟件可以快速查詢所有溫度數據，并具有報警提示功能，及時處理異常溫度。目前，該系統已投入社區實際使用。從客戶端顯示的數據來看，每條母線的溫度變化趨勢非常穩定。實踐表明，該系統實用可行，能夠實現設計功能，具有很大的可擴展性。

參考文獻

[1]宋誠、李文志、魯楊、張歡。非接觸式密集型母線槽測溫系統研究.

[2]陳瀾、卞星明、萬樹偉、王黎明、關志成。交流老化導線溫升特性的變化對載流量的影響[J].2014、40(5)高壓技術：1499-1506.

[3]李衛文。基于無線通信的母線測溫系統[J].2008(6)廣東輸電變電技術：1-3.

[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022年05版.

作者簡介：涂志燕，現任安科瑞電氣有限公司，主要從事數據中心相關產品的研發和應用。