高压电气设备温度监测系统的制作方法

本发明属于电力系统技术领域。

背景技术：

高压开关柜作为电力系统中极其重要的电力设备。在电力传输过程中，承载着电力线路的开合控制、用电设备的保护等重要功能。由于开关柜的封闭性及其紧凑性，无法有效散热；加上开关柜中存在高电压、大电流、高磁场，必然存在发热问题。如果不能及时发现开关柜中过高的温度，会导致火灾和断电等问题，严重影响电力系统的稳定性。由此可见，对高压开关柜进行实时温度监控是十分重要的。通过监控温度，将会提前对发热设备进行故障诊断，避免电力事故的发生。

目前，在高压开关柜中温度监测方面，国内外学者和有关企业开展了大量研究和工程实践，温度监测方法有温度传感器电子式接触测温、光纤光栅测温、声表面测温、红外辐射测温、红外成像测温等方法，主要对柜中高压触头、出线口等重要载流连接部位进行温度监测。温度传感器电子式接触测温方法容易受开关柜中强磁场影响，测量误差较大。光纤光栅测温方法光纤光栅波长容易受温度和应力交叉影响，并且安装成本大。声表面测温虽然无线无源比较前沿，但设备成本较大，在现场应用方面也具有一定的未知性。红外辐射测温存在布线复杂、光路影响测量误差等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种专用于测量高压电器柜温度变化的高压电气设备温度监测系统。

本发明包括单片机（stm32f103rct6）、温度传感器（mlx90640）、数据通信模块（max485esa）、电源模块（wrb2403s-1wr2）。

本发明测温系统温度传感器部分选用低功耗高精度新型红外成像传感器mlx90640，使温度信息的采集更加精准和直观。

本发明主控芯片选择stm32f103rct6，一套全面的省电模式有利于本系统低功耗的要求，并且具有标准和高级通信接口，保证了数据传输的稳定性。

本发明通过qz01-485无线转485数据通信模块，利用ieee802.15.4标准和zigbee协议，采取一点对多点之间的设备间数据的透明传输方式，将电气设备的实时温度上传至上位机管理系统，实现电气设备温度的分布式监测与管理。

本发明以高性能、低成本、低功耗的stm32f103rct6作为整个测温系统的核心，同时采用melexis公司的mlx90640新型温度传感器。有效的利用现有设备的优点集合，在确保测量温度精确的基础上，减少成本及测量时间。

附图说明

图1是本发明电路框图。

具体实施方式

本发明整个系统由主控芯片、温度传感器、数据通信模块和电源模块四部分组成。

主控芯片：温度检测模块的主控芯片采用stm32f103rct6，该芯片以32位cortex-m3cpu为内核，时钟主频为72mhz，闪存为256kb，sram为64kb,其板载资源有连接到两个apb总线的各种增强型i/o和包括adc、定时器、以及dart等外设，并且具有标准和高级通信接口，是一种具有低工作电压、低功耗、温度范围广、灵敏度高、时钟主频高、抗干扰性能强等优点的高性能嵌入式单片机。stm32f103rct6工作在-40至+105°c温度范围，满足高压开关柜的环境要求。单片机最小系统包括时钟模块、复位模块、swd调试电路、电源模块，连接温度传感器的scl、sda引脚，连接通信模块的485-en,485-tx与485-rx引脚。

温度传感器：本系统采用的mlx90640是melexis公司在推出的一种新型红外传感器，是高精度非接触式温度测量的一种经济高效的选择。本芯片具有32x24像素红外阵列，其工作温度范围为-40°c至85°c，可测量的物体温度范围为-40°c至300°c，采用业界标准的4引脚to39封装，带有兼容数字接口。因其小尺寸，低成本，集成度高，高精度，低功耗、视野广较大等诸多优点而被选用，温度传感器模块设计电路中mlx90640由3.3v电压供电，mlx90640的scl、sda引脚各经限流电阻和上拉电阻通过接口连接到主控芯片上。

本文设计的基于mlx90640红外测温模块的电气设备在线监测装置，可以实现高压开关柜中高压触头等关键部位的红外温度成像。由于温度成像为32x24像素红外阵列，通过主控芯片对温度数据的处理，可以更加直观高效地显示实时成像温度，并可以将温度保存并绘制成曲线进行数据分析，当某节点温度超过给定范围，系统会得到实时检测并发出高温预警。

数据通信模块：本系统使用的是max485esa型数据通信收发器，是一个标准的rs485收发器，内含一个输出驱动器和一个信号接收器，为半双工通信。max485具有三态输出特性，在使用max485时，总线最多可以同时连接32个max485芯片，通信波特率可以达到2.5mbps，具有低功耗、高精度、限制摆率等特点。max485esa芯片的ro引脚经限流电阻连接主控芯片的485-rx引脚，与de引脚连接主控芯片的485-en引脚，di引脚经限流电阻连接主控芯片的485-tx引脚，a引脚经大电阻接电源，b脚经大电阻接地，a、b引脚之间接小电阻，且a、b引脚分别经双向稳压二极管接地，防止过电压进而保护485芯片。

电源模块：电源的稳定性和电压精度是作为一个系统中电源模块的两个重要指标。本系统中供电电源为24v，主控芯片、温度传感器、数据通信模块的供电电源为3.3v，故本系统采用的dc-dc转换芯片为wrb2403s-1wr2，具有宽输入、i/o隔离、短路保护、工作温度范围广等特点。本电路将24v电压接入到wrb2403s-1wr2芯片的vin引脚，在其vo引脚处可得到3.3v电压。此外在电源和大地之间加的电容起到了滤波的作用，得到的电压满足系统电压精度和稳定性要求。

本发明新型优势在于：高集成度、低功耗、高精度、大视角等，通过485转无线数据传递方式，实现多套高压开关柜中温度的实时采集，将数据通过无线上传到监控中心进行汇总预判。本红外测温方法图像直观、不接触高压触头、不受强电磁干扰，无线通信技术解决了布线困难的难题，整套系统低功耗、高性能，高集成度，同时安装方便、具有极高的性价比，在工程应用中前景广泛。

主控芯片通过总线读取温度传感器采集到的温度信息，再通过数据通信模块利用485总线转无线将数据传递给监控中心，电源模块给整个系统提供稳定可靠的工作电压。电气设备在线监测装置作为下位机子系统分布在高压开关柜等重要的电力设备装置内，通过qz01-485无线转485数据通信模块，利用ieee802.15.4标准和zigbee协议，采取一点对多点之间的设备间数据的透明传输方式，将电气设备的实时温度上传至上位机管理系统，实现电气设备温度的分布式监测与管理。