基于ARM的10kV开关柜远端监测研究

基于ARM的10kV开关柜远端监测研究

雷健华袁红珍

(中山市明阳电器有限公司广东中山528400)

摘要:面对配电系统中10kV开关柜的安全问题，在常规10kV开关柜操作设备的基础上，设计出一种涵盖开关状态显现、柜内环境操控、无线测温等功能为一体的新型10kV开关柜远端检测设备。此设备以ARM微操控装置为基础，研发出凝露操控模块、无线测温模块、人机交互模块等功能模块，同时在嵌入式操控程序平台上设计了各功能模块的应用系统。该设备达到了对10kV开关柜的整体测量、检测和操控的目的，增强了系统的稳定性和集成度，节省了检修费用，为实现中低压变配电的远端检测、提高10kV开关柜智能化的标准和电网安全有序的工作奠定了坚实的基础。

关键词:ARM;10kV;开关柜;远端检测

引言

由于现代科学技术的不断进步，实现对10kV开关柜的远端检测已经逐渐成为一项艰巨的任务，是我们共同努力的目标。10kV开关柜是配电程序中必不可少的电力配置和保护操控装置。其选择断路器作为主零件，按照电气一次主连接图的计划标准，把相关的高低压设备及母线、导体及绝缘体等装置在毫无缝隙的金属柜中，达到承受和配置电力的目的。10kV开关柜故障通常会引发巨大的经济损失，甚至出现人员伤亡的现象。过往10kV开关柜的检测，尤其是变电所中低压装置的检测常常会被人们忽视，进而给我们带来无法想象的后果。

目前，经济发展的速度越来越快，企业因停电引发的经济损失逐渐加大，对配电系统的稳定性提出了更严格的标准。现阶段，市场上涌现了很多关于10kV开关柜检测的产品，虽然这些产品在10kV开关柜的工作中起到了一定的影响，但是因为每个检测设备都是单独存在的，操作人员无法每时每刻都在现场进行看管，使得10kV开关柜的屏幕显现繁琐，设备之间无法实现完全的信息共享，每个设备的通讯形式和规格也都存在着差异，这会极大地增加检测人员的工作强度，程序稳定性无法得到显著的提高。针对这种情况，笔者研发出了一种新型的10kV开关柜监测设备，它可以对单柜和整个中低压配电设备进行整体的测量、监测和操控，且具备联网能力，可以进行远端检测操控。

1.10kV开关柜远端监测设备概述

新型的10kV开关柜远端监测设备的研发，需要满足智能化变电站的基本条件，其建立在现代科学技术的基础上，基于现存的开关装置，提高10kV开关柜中核心装置的技术性，使其具备更完善的功能、稳定性等，使核心装置具备在线监测、远端监测等性能，与此同时，要具备网络化远端端口，允许多种通讯形式和通讯协议。

新型10kV开关柜远端监测设备把ARM嵌入式微处理装置当作关键元件，经过主动测量环境、开关柜内部环境、断路器接点、母线、开关状态等输送资料，判断是否具有部分温升，从而识别是否具有安全祸患。按照10kV开关柜内外的环境指标，确定是否需要进行加热除湿。选择LED图形来指令断路器与接地开关的状态、开关存储功能以及带电情况，并选择LCD显示器展露环境指标和各个参数等信息。经过RS485和上位机通信，达到近距离检测和远端检测的目的。同时还具备辅助能力，如人体感应带电提醒及柜内灯光、语言防错提醒等。

新型的开关柜远端监测设备，即基于ARM的10kV开关柜远端监测设备是一种智能化、模块化的设备，选择一个处理装置并利用有关硬件和软件的集成性，大大地缩减了接线的数量，使装配简单、功能齐全、稳定性强、抗干扰性能强，节省了生产成本和检修费用，实现了对10kV开关柜的远端监测，节省了大量的人力、物力和财力。

2.10kV开关柜远端监测设备硬件研发

10kV开关柜远端监测设备选择专业性较高的LPC2292微处理装置作为基础，根据功能划分成处理装置元件、模拟量导入、开关量导入导出元件、凝露操控元件、无线测温元件、人机交流元件、电源元件以及通讯元件等。整体的设备硬件框架图如下图1所示。

2.1无线测温元件

高压10kV开关柜装置由于断路器的动静触头咬合不到位，触头老化长期流经大电流，造成断路器触头经常发热，增加了接触电阻的面积，甚至会因温度过高烧毁梅花触头。电缆端子由于工作时间的延伸，绝缘老化、端子不牢固、部分漏电会造成温度急剧上升，增加了接触电阻的面积，更加恶化了发热事故，给10kV开关柜的安全有序工作带来了极大的安全祸患。因此，为了保障10kV开关柜能够安全有序的工作，增加10kV开关柜的工作效率，对10kV开关柜的关键元件进行温度在线监测是至关重要的。无线测温元件显示图如下图2所示。

2.2开关量导入导出元件

开关量的导入是开关装置状态展露的指令来源，是10kV开关柜远端监测设备中必不可少的一部分。开关量的导入指令来自一次装置的辅助端口，经过光电分离后导入处理装置的I/O端口，并驱动对应的LED模拟显示屏来指令开关装置的状态，其中涵盖断路器分闸、断路器合闸、手车测试地点、手车运行地点、接地开关断开、接地开关合起、断路器储能提示7个指令。开关量收集电路图如下图3所示。

2.3模拟量导入元件

模拟量收集电路由互感装置指令变成电路、指令调动电路、低通滤波电路以及A/D转换电路构成。高压10kV开关柜中的电压和电流经过一次互感装置转换会得到220v和5A的模拟指令，而A/D转换元件只能接受变化不大的弱电指令，因此要经过微型互感装置变成低电压和低电流指令，指令通过指令调动电路出现A/D元件适当的电压指令，再通过低通滤波电路过滤厚厚导入LPC2292设备的A/D的转换元件中。处理装置对获取的指令进行分析处理获得电压、电流、功率等变量，并对其进行检测。

2.4其他元件

基于ARM的10kV开关柜远端监测设备涵盖语言元件、人机交流元件、电源元件、通信元件、人体感应元件等。语言元件选择WT558D语音芯片，操控系统选择三线串口操控系统，由LPC2292的相关软件操控，选择DAC方式外接LM386功能进行语音播放。电源元件选择线性稳压电源芯片来对程序供应电压。通信元件选择RS485通信方式，由芯片来和LPC2292相连，实现监测主机和设备之间的数据共享。人体感应元件由人体红外感应探头来识别是否有人员接近，自动开启柜内灯光。

3.软件设计

3.1程序任务划分及主程序研究

程序软件主要实现信息收集、监测、信息传送等性能。在该操作系统下，按照程序的功能，由函数完成下列工作：指令收集任务、凝露操控任务、无线测温警示任务、按键任务、液晶展露任务、通信任务、语言提醒任务。每个任务的等级不等，等级较高的程序要优先工作。核心程序是系统中开始执行每个任务的前提条件，在核心程序中，首先要进行程序硬件初始化，再对操作程序进行初始化，最后建立任务，开始进行多任务操作程序。

3.2程序主要元件软件设计

3.2.1无线测温元件软件设计

无线测温元件的信息输送可以划分成两个阶段，温度收集装置和温度传感装置之间的信息选择无线输送，温度收集装置和微操控装置之间的信息输送选择CAN总线进行输送。

3.2.2指令收集元件软件设计

开关量的收集选择中断系统来进行，有微处理装置中的中断操控装置相应来自IRQ的中断，经过中断子系统来判断I/O端口的状态，进而获得开关信息的状态。模拟量的收集选择A/D中断来完成，中断主要的功能是收集和处理信息。经过A/D转换获得取样信息，然后调进规定的算法系统中，核算出对应的检测结果，并把结果展露在显示屏上。

4.结论

在本文中，笔者把ARM嵌入式微操控装置和专业技术较强的操控程序相连接，研发出一套涵盖检测、展露、操控、通讯等功能的10kV开关柜远端监测设备。其具备优越的实时操控性能和可靠性，凝露操控元件选择高科技的数字式环境传感装置，加热操控形式选择传统的操控形式和10kV开关柜内外温差操控相结合的形式，弥补了以前产品的操控盲区缺陷，测温程序选择新型的无源无线温度传感装置，进而为处理电力程序测温现象增添了一个新的方向。除此之外，程序还合成了开关状态展露、电参数检测、语言提醒、液晶展露等元件，可以更好的监测10kV开关柜内装置工作状态，实现对10kV开关柜的远端监测，为变电所安全有序的工作奠定了坚实的基础。随着10kV开关柜远端监测设备的逐渐发展，其必然会在变配电行业中受到极大的欢迎。

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