淺談無線測溫監測系統在高壓開關柜的設計應用

摘要：為了滿足高壓開關柜需要實時監測溫度的需要，采用STM32F103作為主控芯片，采用NRF24L01無線模塊和RS485通信接口傳輸、接收和存儲溫度數據。測試結果表明，該系統更好地實現了溫度的實時監測.

關鍵字：高壓開關柜；無線模塊；RS485通訊

引言

在電力系統中，高壓開關柜結合斷路器、變壓器和相關控制電器和輔助設備，將其關閉在金屬柜中，以接受和分配供電系統的電能。但是，當電路中的電流過大時，這種封閉式結構會導致熱量集結，溫升加劇。如果沒有有效的散熱，長期在這種環境下運行，會導致溫升報警、跳閘停電等事故，造成電力系統的經濟損失。據統計，每年約有40%的電力事故是由開關設備溫升異常引起的。因此，有必要采取措施監測高壓開關柜的溫度。目前，人工紅外測溫在常用的測溫方法中是有限的，示溫蠟片不能及時跟蹤溫度。另外，開關柜內環境惡劣，測溫系統需要克服大電流、強磁場等環境干擾。針對現有溫度測量方法的缺陷，設計了高壓開關柜無線溫度監測系統。該系統可實現開關柜內溫度的實時在線監測，實現設備溫升檢測的實時性和有效性，及時發現溫度異常部位，有效避免事故發生。

1系統概述

通常，溫度收集器安裝在需要測量高壓開關柜溫度的節點上，包括開斷節點、母線觸點和觸點。一個測量集群由6~12個溫度收集器組成。每個測量集群采用低功耗、高傳輸速度的NRF24L01無線傳輸模塊，通過RS485通信接口將收集到的節點溫度傳輸到儀表控制終端，并上傳到上位機。因此，高壓開關柜的無線測溫系統主要由溫度傳感器、NRF24L01無線通信、RS485通信等溫度收集模塊和儀表控制終端組成。

2硬件設計

2.1溫度測量模塊

溫度傳感器采用DS18B20，測量溫度范圍從-20℃到120℃，監測到的溫度值通過主控制器傳輸到NRF24L01無線通信模塊。.DS18B20的接口電路如圖2所示。這部分MCU的主要功能是溫度采集和數據傳輸，數據量小，程序內容簡單。因此，選擇STM8L051F3P6單片機進行數據存儲和傳輸控制。

2.2無線收發模塊

當前，短距離無線通信技術主要包括藍牙，ZigBee、Wi-Fi、CC1101和NRF24L01。無線模塊采用Nordic公司的NRF24L01芯片設計，考慮到高壓開關柜高壓、大電流、強磁場等特殊運行環境，以及控制模塊的低功耗、低成本、小型化等技術要求。如圖3所示，STM8單片機和NRF24L01無線模塊接口電路通過SPI接口進行雙向通信。

3安科瑞溫度在線監測系統解決方案解決方案

3.1概述

電氣觸點在線溫度測量裝置適用于高低壓開關柜內電纜接頭、斷路器觸點、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測，防止觸點接觸電阻過大而發熱成為運行過程中的安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續、準確地反映設備運行狀態，降低設備事故率。

Acrel-2000T無線測溫監控系統直接通過RS485總線或以太網與間隔設備通信，系統設計遵循國際標準Modbus。-RTU、Modbus-TCP和其他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、遙測、遙控、遙控、遙控、事件報警、曲線、棒圖、報告和用戶管理功能。它可以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。

3.2應用場所

適用于泛在電力物聯網、鋼廠、化工、水泥、數據中心、醫院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業、變配電站等電力設備的溫度監測。

3.3系統結構

在線溫度監測系統結構圖

3.4系統功能

值班監控室安裝測溫系統主機Acrel-2000T，可遠程監控系統內所有開關設備的運行溫度狀態。該系統具有以下主要功能：

溫度顯示；溫度曲線；運行報告；實時報警；歷史事件查詢

3.5系統硬件配置

4結論

系統采用STM32F103作為控制核心，無線模塊采用NRF24L01芯片，主機與終端設備之間通信采用RS485接口MODBUSRTU協議。實驗結果表明，該系統可以實時檢測12路溫度數據，設置報警溫度限制、通信地址、波特率等參數，顯示并記錄最近12次高溫報警數據的時間標記。測試結果驗證了系統的可行性，提高了開關柜設備的安全性和可靠性。

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