安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：针对母线在长期工作中易出现温升过高进而导致火灾的问题，设计了种母线温度监测系统，其由温度监测终端和上位机数据中心组成。温度监测终端（ＰＴ１００ 型温度传感）实时采集母线温度数据，并通过 ＲＳ４８５有线和ＺｉｇＢｅｅ无线两种通信方式上传至上位机。为提高温度采集精度，硬件方面设计了温度采集电路和采样保持电路，软件方面采用*小二乘法分段线性拟合算法和均值滤波算法。经试验验证测温精度可达０．１ ℃，满足系统要求。
关键词：母线；ＰＴ１００温度传感器；*小二乘；线性拟合；滤波
0 引言
随着当今社会的发展和用电量的急剧上升，*母线因方便、节能的点逐渐取代传统电缆，成为 发电厂、变电站高压开关柜的重要设备。母线采用铜排紧压的方式，要求散热和绝缘性能高，若母线 触点温度过高，将会加速其绝缘老化，甚至可能引发火灾。因此供电系统中任意个触点发生热故障，都将可能引发重大安全事故。为避免此类事故的发生，有必要建立母线温度实时监测系统，触点发生温升过快时能够迅速报警以便工作人员及时处理。
目对母线温度的监测大多依赖人工手持红外测温仪或分布式光纤测温，存在效率低、精度差、安装困难、无法适应母线复杂的应用环境等问题。本文建立的母线温度监测系统采用模块化设计，结合多种通信方式，将母线状态信息直接传输至监控中心，实现多点温度远程实时监测，可应用于厂房、小区、商场等多种场所。
1 系统架构
在母线温度监测系统中，单片机作为下位机负责数据现场采集处理等，ＰＣ（ｐｅｒｓｏｎａｌｃｏｍｐｕｔｅｒ）机作为上位机负责数据的集中处理控制等。系统的主要结构如图１ 所示。具体过程为：采用 ＰＴ１００型温度传感器直接测量母线温度；测出的温度数据通过 Ｚｉｇｂｅｅ无线通信方式传输给集中器，在铺设有专线时也可以采用 ＲＳ４８５ 的通信方式上传温度信息以降低硬件成本；集中器将各个温度检测终端数据整理打包，并利用现有电力线通过电力载波方式发送给中继器；安装在监控室监控主机附近的中继器再将数据通过网络端口上传到监控主机，从而逐级完成数据交换。ＰＣ 机到单片机的数据传输过程也是如此，从而实现母线温度的监控与预警。
图１ 系统架构
2 硬件设计
使用单片机和 Ｚｉｇｂｅｅ 模块完成智能母线温度控制器的开发。Ｚｉｇｂｅｅ温度监测终端控制器方案如图２所示。
图２ 温度监测终端方案框图
该终端直接从母线取电，避免了因供电不足而需定期换电池的问题。终端通过 ＰＴ１００ 型温度传感器探头直接测量母线温度，且运行时会根据上位机命令，通过 ＲＳ４８５总线或 Ｚｉｇｂｅｅ模块发送监测触点的状态。
2.1温度传感器
3 软件模块
3.1下位机
下位机工作流程图如图８所示。下位机会采集 实时温度数据，当节点温度过阈值时，会通知上位 机处理；当收到上位机查询状态和修改阈值等命令 时，会根据命令进行相关操作。
图８ 下位机工作流程
3.2上位机
智能母线温度监测软件主要通过Ｚｉ ｇｂｅｅ无线网络或以太网两种通信方式实现主机与温度监测模 块通信，智能母线监测软件架构如图９所示。在用 户模式下可以在线获取母线各节点的温度，并对数 据进行处理、分析和保存；管理员模式可以对各个节 点信息进行添加、删除、编辑等。
图９ 智能母线温度监测软件架构
4 安科瑞无线测温系统介绍与选型
安科瑞无线测温监控系统是根据当无线测温系统的要求，在广泛征求用户和*意见的基础上,充分吸收当内外厂家的*案例，并结合安科瑞多年来的丰富经验，采用面向对象的分层分布式设计思想，结合自动化技术、计算机技术、网络技术、通信技术而设计的款*的无线测温软件。
4.1 Acrel-2000T无线测温系统结构
Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通信（如图10），系统设计遵循际标准Modbus-RTU, Modbus TCP等传输规约，安全性、可靠性和开放性都得到了很大地提高。
Acrel-2000T无线测温监控系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能。可以监控无线测温系统的设备运行状况，实现快速报警响应，预防严重故障发生。
Acrel-2000T无线测温监控系统主要特点是开放式系统结构，硬件兼容性强，软件移植性好，应用功能丰富。该系统具有强大的处理能力，快速的事件响应，友好的人机界面，方便的扩充手段。其软件系统的设计依据软件工程的设计规范,模块划分合理，接口简捷明了，主要包括主控模块、人机界面、图形组态、数据库管理系统、通信管理等几大模块。
图10 Acrel-2000T无线测温系统结构图
4.2 Acrel-2000T无线测温系统功能
■实时监测
Acrel-2000T无线测温监控软件人机界面友好，能够以配电次图的形式直观显示各测温节点的温度数据及有关故障、告警等信息
■温度查询
温度历史曲线（1分钟、5分钟、60分钟可选）
■运行报表
查询各回路设备运行溫度报表.
■实时报警
壁挂式无线测温监控设备具有实时报警功能，设备能够对温度越限等事件发出告警。
■设备提供以下凡种告警方式：
a.弹岀事件报驚窗口.
b.实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警.
C.短信吿警，可以向手机号码发送吿警信息短信（需选配短信猫）.
■历史告警査询
Acrel-2000T无线测温监控系统能够对所有吿警事件记录进行存储和管理，方便用户对系统和告警等事件进行历史追溯，查询统计、事故分析。
■用户权限管理
Acrel-2000T无线测温监控系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。
通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如数据库修改等）。可以定义不同级别用户的 登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。
■定值设置
用于修改高温定值、温定值。
■WEB（可选）
展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息， 设备温度、通信状态，用电分析和事件记录。页显示场站的变压器数量、回路个数、有功功率、无功功率、用电量、事件记录等概况信息，可通过实时监控、变压器、通信模块切换到需要查看的界面。
实时数据曲线可监测各个回路的测点温度、电压、电流、功率曲线信息。
接线图页面通过次图实时反映电气参数变化，包括测量量、信号量等信息（信号量 需要断路器提供辅助触点支持）。
能耗统计页面显示各回路的功率峰值和用电量峰值，功率、电能趋势曲线，电能环比，用电。
运维管理通信状态显示监测接入系统设备的通信状态。
■手机APP（可选）
设备数据员面显示各设备的电參量数据、温 度数据以及曲线。
4.3 安科瑞ARTM系列无线测温终端产品选型
安科瑞电气接点无线测温方案由无线温度传感器、收发器、显示单元组成。温度传感器直接安装于断路器动触头、静触头、电缆接头、母排等发热接点，将测温数据通过无线射频技术传至接收装置，再由接收器485通讯至测温终端或无线测温系统（如图11）。
图11 电气接点在线测温结构图
4.3.1 安科瑞无线温度传感器
无线温度传感器共有5种，分别对应螺栓固定、表带固定、扎带捆绑、合金片固定等安装方式。针对不同的变电站要求，可根据传感器供电方式以及安装位置的不同，考虑安装方便的因素，选择相匹配的传感器。
4.3.2 安科瑞无线收发器
无线测温收发器共有3种，通过无线射频方式接收温度数据。收发器根据不同的传感器型号进行匹配，同时传感器的传输距离决定接收装置能否多柜接收。
4.3.3 安科瑞显示终端
显示装置通过RS485连接收发器，可嵌入式安装于柜体上，若柜体开孔不便，也可选择壁挂式安装于配电室内。方便操作人员现场及时查看电气节点实时温度的同时，也可以通过RS485或以太网通讯的方式在后台系统查看现场情况。
5 结语
本文研发的智能母线监测系统可有效提高母线 的工作性能和可靠性。数据信息可通过多种传输方 式逐级上传到ＰＣ机，保证了信息的实时性和准确性， 可有效解决电路设计复杂、母线槽内布线困难、数据易受干扰等问题。针对温度采集模块，设计了电桥电 路，且软件中采用*小二乘拟合法和均值滤波法，试 验测试结果表明有效提高了温度采集模块的精度。该系统可应用于多个领域，具有较强的实用性。
【参考文献】
[1]李庆杰，许志红．封闭式母线槽温湿度智能监测系统［Ｊ］．低压电器计算机应用研究，2012（12）：17-20.
[2]张海洋，孙志军，朱文龙，闫浩东.母线温度监测系统的设计及研究.
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11版.
作者简介：杨翠，女，安科瑞电气股份有限公司，主要从事无线测温系统的研发与应用。
