外文翻译译文-关于高压开关柜在线监测和故障诊断系统的设计

中 北 大 学 2013 届 中 英 文 翻 译第 1 页 共 8 页关于高压开关柜在线监测和故障诊断系统的设计黄新波 黄彪 王红亮电子与信息学院西安理工大学陕西西安 71004893660561 摘要：目前，对于高压开关柜还没有集成温度监测系统的监测端子， 开发一个可以测量接触器温度上升的在线监测和故障诊断的高压开关设备综合系统对于保证高压开关正常运行是非常重要的。本文中给出了智能监控装置、无线温度传感器以及电源模块的设计。 关键词：交换机;智能化; 操纵装置; 综合在线监测 1 简介 目前，在市场上还没有与高压开关的在线监测和故障诊断系统相关的产品 。尽管已经开发了具有单一功能的自动监控产品，但是接触式温度监测集成器并没有取得很大的发展。过去电路断路器和开关之间采用了插头连接，但带来了接触不良、接触头接触电阻增大、发热严重、甚至烧毁或断电的现象。这时，便于制造、运输和安装的开关柜顺应要求广泛运用于整个社会，特别是通过电流值较大的开关柜对社会产生了很大影响。因此，为确保高压开关柜的正常操作以及改善电力系统的运行可靠性和自动化水平，实现开关设备的在线监测和故障诊断具有十分重要的意义 1.2。 2 高压开关设备的基于 ZIGBEE 网络的实时监控和故障诊断综合系综合统 一种新型的高压开关柜在线监测与故障诊断系统，包括主电路 （包括断路器状态，手推车或隔离开关状态，接地开关状态，弹簧能量存储显示） 、高电压、带电显示 、高压静电锁定、防误操作语音提示、湿度和温度控制，组合在了一起。该装置可以对高压开关柜有一个基于 ZigBee的在线监测接触头温度的功能，它中 北 大 学 2013 届 中 英 文 翻 译第 2 页 共 8 页可以通过 ZigBee无线网络技术多点监控开关接触点的温度。该设备还具有通信功能，它可以通过 CAN总线或 RS-485连接后台监控计算机。它很容易实现实时动态模拟以及监控多个高压开关柜的电气主系统。 整个系统主要由 ZigBee无线技术/RS-485/CAN 网络，无线节点温度传感器 、智能监控和控制设备组成，可以为开关柜、管理专家软件平台以及其方面服务。1 硬件结构 系统的硬件设计主要包括开关柜的智能监控和控制设备、无线节点温度传感器和电源模块。 1 开关柜智能监测和控制设备的设计：开关柜的智能监测和控制设备包括信号采集、处理模块、显示、存储、通信、时钟、声音和电源。 具体系统见下图： 图 1开关柜智能监控设备的原理图从上图中，我们可以看到，为了完成许多数量的实时监测，系统需要算法要求很高。所以，选择了 C8051F020作为这个系统的微处理器 3。开关柜智能监视的物理功能模块图控制装置如图 2显示。 中 北 大 学 2013 届 中 英 文 翻 译第 3 页 共 8 页开关状态显示电路、开关柜智能监控和控制的开关状态输入信号来自于开关柜中初级侧组件的电动辅助触点 ， “+”型或“V”LED 数码管通过光电隔离信号直接显示开关的状态。高压带电的输入信号来自连接高压带电母线的传感器，它通过高亮度 LED在可光电隔离和调节操作后显示高电压带电锁定信号和高压带电相、锁定/解锁状态；温度和湿度控制电路接受湿度传感器和温度传感器收集的湿度和温度的信号，经过放大、逻辑调整后，然后，MCU 输出加热器和风扇控制信号来启动或停止开关柜的加热器和风扇，以预先设定的控制范围内，调节温度和湿度值，同时它具有加热电路故障检测功能的状态下加热，如果由于破损或接触故障，造成回路电阻增加电流降低时，驱动声光报警装置将输出断开警告信号；当工作人员错误操作手车时，语音报警电路开始自动启动，提示工作人员注意操作错误，此外，该设备还具有一个手动加热控制电路，它有一个可以测试温度和湿度的控制电路，实现强制启动加热器的功能，同时，加热器和加热电路故障，通过高亮度 LED显示 4。图 2开关柜智能监测和控制设备硬件设计框图9-通道接触开关的温度收集和处理由安装在接触臂上的无线温度传感器进行中 北 大 学 2013 届 中 英 文 翻 译第 4 页 共 8 页传送。然后，收集的温度数据被打包和发送到监测扩展，监测扩展的主机安装在开关柜的前面板，它将温度传感器在开关柜柜体之间所收集的接触温度和设定温度做减法运算，并找出升温的值、注意事项值和报警值设置，提醒员工接触时温度过高。 2 无线温度传感器节点温度监测单位和接触武器上安装的无线温度传感器节点的设计中包含 MC9S08QG8 MCU（抗干扰能力强，对于高电压的电源线来说系统电源的要求并不高） 、数字式温度传感器 DS18B20、基于 ZigBee（MC13192）的无线通信模块、系统电源和外围电路。数字温度传感器 DS18B20的温度范围是-55 +125之间，精度为 0.5。具体情况参照图 3。天线 温度信号图 3基于 ZigBee网络温度传感器节点示意简图由于装置是通过互感的方法获得电的，能量非常有限，设计要求温度传感器必须是低功耗的。微处理器的选择更多考虑的因素是低功耗和运行性能，所以选择了高集成和组合了 HCS08内核的 MC9S08QG8，它还具有比其它处理器更长的寿命。基于 MC13192的无线温度传感器如图 4所示，MCU MC9S08QG通过“PEN”方式连接了 DS18B20，从而获得接触温度，它与 MC13192的 SPI和传输温度信号接触，然后，温度信号是通过一个天线通过天线发送。接收模块和发送模块的原则是相同的。当它只是作为接收模块工作时，MC13192 发送温度信号通过 SPI天线方式发送给 MC9S08QG，然后 MC9S08QG通信的主机智能显示器上的开关柜通过的中 北 大 学 2013 届 中 英 文 翻 译第 5 页 共 8 页串行端口（RXD TXD）发送温度信号给开关柜主机智能显示器上 5。 图 4基于 MC13192无线温度传感器节点的硬件电路3 电源模块的设计由于在开关柜中的高电压的限制，数字温度传感器的温度监测需要安装相同的电势，如何设计一个电源监控单元成为系统设计的关键技术问题。即使系统具有低功耗设计，待机时间功率5MW，电池和其他固定的能源供应不能保证长时间运行。通过断路器和大电流母线接触点的温度，可以直接获得中 北 大 学 2013 届 中 英 文 翻 译第 6 页 共 8 页采用电磁感应原理连接在电路断路器或母线的低电压电源测试单元。设计一种专用于电流互感器 CT，使用合金作为芯，确保当前的核心激励正确，在高电流的磁芯饱和的时间内，以提供更小的传感器电压（9V-24V） ，电感性分压后的电压限幅器，整流器和二次电压稳压器+5 V 电源稳定输出电压。 2 系统软件的设计 1 实施供应链管理软件 SCM软件的整个过程是一个无限循环。SCM 检查连续循环的过程，实时处理和输出控制信号，开关柜，新闻和其他各种输入状态和清除看门狗计数器，以确认系统正常运行。 2 实时监控和故障诊断状态集成安装在高压开关柜内，如环境温度和湿度阈值开关柜中的开/关状态，基于总线通信协议的智能监控系统的在线监测与故障诊断系统是否带电，热水器，排气运行（启动/停止/启动失败）等。实时响应通过RS485/CAN总线后台监控机指令和后台监控机发送当前的信息。后台监控机也可以直接发出命令，设置警报阈值，温度和湿度。因此，通信协议必须符合通过RS-485总线连接的智能监控设备和后台监控主机的网络。3 开关柜上的在线监测和故障诊断系统位软件已与上位软集成。个人可以通过智能监控设备柜中的 RS485/CAN总线查询当前智能监控设备柜以及后台监控机设置状态，采集，数据存储，输出和报告。软件的主界面如下：3 实验数据 中 北 大 学 2013 届 中 英 文 翻 译第 7 页 共 8 页下面的表中示出了辽电力股份有限公司开关柜中温度和湿度值集（表 1）以及断路器触点的升温条件（表 2） 。表 1环境温度和湿度的测量值在开关柜中表 2开关柜的断路器触点的温度测量值电路3 结束语 高，低压开关柜基于 ZigBee网络的状态监测与故障诊断取得的发展是一个在该领域的技术突破。该研究小组研究了所有的核心技术。ZigBee 无线网络是稳定的，可靠的，传感器节点的功率消耗是非常低的。下面列出了此设备的在未来的发展前景。1)通信网络以太网技术应该考虑取得更多得多的速率。 2）模块化和插件的硬件平台：不同功能的电路可作为独立的模块，如果需要，额中 北 大 学 2013 届 中 英 文 翻 译第 8 页 共 8 页外的模块可以配备核心模块。 3）由于断路器灭弧气体是有害的气体，如果再加上气体传感器，那么它可以在开关柜内的易燃气体浓度过高时报警。 参考文献1