浅谈非接触式母线槽测温系统的应用及产品选型

摘要：设计了非接触式密集型母线槽温度测量系统。采集非接触式红外温度测量模块采集母线温度，然后通过4G数据传输模块将数据上传到服务器，并在客户端的可视化界面进行温度监测和预警、设备管理等操作。经过实际使用检查，系统可以监测整个社区各位置的插件箱的温度，并可以进行远程监控和管理，具有实用性和可扩展性。

关键词：密集型母线槽；红外测温系统；实时监控；4G数据传输；

引言

 在密集型母线槽系统中，密集型母线槽通过母排插入插入箱后板上的金属弹片连接。由于安装环境狭窄，安装过程难以控制，难以保证良好的接触，容易使插入点的接触电阻过大。再加上长期大电流运行和空气氧化等因素的影响，插接点母线容易老化，使接触电阻继续增大。电流的热效应变大，导致母线温度升高。当母线温度超过一定阈值时，会对电力系统设备造成危害，甚至发生火灾。在某楼盘的施工、运维和厂家的现场测试中，47个插接箱中6个点的接触电阻达到毫欧级，高达数十毫欧级。10m按接触电阻为10mΩ，通过电流为250A计算，接触点的加热功率P=I2R=250A×250A×10mΩ=625W，相当于一台家用电热器的功率，可见一旦接触电阻过大，温度就会迅速升高。因此，有必要对母线温度进行实时监测和预警。

 插件箱数量多，处于高压、大电流环境中。人工定期检查的方法工作量大，风险高，不全面，不实时。目前，大多数采用温度传感器测量母线温度，并通过各种通信设备将温度数据汇总传输到客户端，实现母线的实时温度测量[5]。

一整体设计方案

 介绍了一种非接触式密集型母线槽测温系统，测温系统结构框图如图1所示。

 在插入箱中，每根母线上方放置一个MLX90614红外测温传感器模块。每个测温模块通过I2C总线将测温数据发送给MCU，MCU将接收到的温度数据处理后发送给4G数据传输模块。4G数据传输模块将接收到的温度数据发送到云服务器，将这样一个负责监控和发送数据的系统放置在每个插入箱中。云服务器负责在客户端显示接收到的所有温度信息，并在客户端实时监控和预警母线的温度，形成以云服务器为中心节点、插入箱内部部分系统为子节点的星形网络结构。云服务器负责在客户端显示接收到的所有温度信息，并在客户端实时监控和预警母线的温度，形成插入箱温度采集、传输和可视化监控的测温系统。从插入箱的火线和零线之间取电作为输入电压，通过电源模块的降压处理获得稳定的输出电压，为整个系统的每个模块供电。

二硬件设计电路

 每个插件箱中都有一个终端温度测量传输硬件系统，以STM32F103x8为主控芯片设计外围电路。STM32F103x8内核为32位高性能ARMCortex-M3处理器，时钟频率高达72MHz，可以以足够高的频率收集每个温度数据。它还有两个I2C接口、五个串口和SPI接口，有足够的接口与外部设备相互通信。STM32F103x8读取每个温度测量模块的温度值，进行比较处理，将处理后的温度数据发送给4G数据传输模块。

1终端测温传输硬件设计

 终端测温传输硬件设计电路主要由降压供电电路、红外测温部分电路、串口发送电路、时间电路、滤波器和指示电路组成。

2降压供电电路

 降压供电电路如图2所示。从插入箱母线的火线和零线引出的电压连接到P2端子，串入保险丝保护电路。高电压通过铁芯变压器(T1)和AP12N12芯片降低，然后通过电容C10、C11滤波，获得稳定的12V电压，为4G数据传输模块提供工作电压，12V电压通过ASM1117芯片降压和C2、C9进行滤波，得到系统稳定运行所需的3.3V电压。

3时间电路

 为了为系统提供准确的时间间隔5分钟向客户端发送数据，DS1302芯片设计时间电路，DS1302是一个实时钟芯片，可以提供秒、分、小时、日、月、年等信息，并具有软件自动调整的能力。SPI通信为STM32F103x8提供准确的时间信息，时间电路图如图3所示。

4滤波器和指示电路

 3.3V与GND并联6个100nF电容C3～C8滤波光滑电压。指示灯U6为正常电压测试指示灯，指示灯U5为测试程序指示灯，为后期维护和调试提供方便。滤波和指示电路原理图如图4所示。

5 7USR-DR504(4G数据传输模块)

 由于插箱距离较远，地板位置不同，通信传输困难。为了解决通信问题，采用4G-DTU(数据传输模块)，在有4G网的地方可以实现通信功能，不受地理位置和环境的限制。USR-DR504是一种导轨4G-DTU，支持移动、中国联通、电信4G网络，以“传输”为功能核心，易用性高，可实现STM32F103x8串口到网络云服务器的双向数据透明传输，具有高速、低延迟的特点。在设计中选择其网络传输模式(NET)，在这种模式下，STM32F103x8可以通过串口连接USR-DR504将温度数据发送到需要的HTTP服务器，其数据传输示意图如图5所示。

三系统软件设计

1温度采集、处理、发送软件设计

2客户端软件设计

四系统测试与分析

五安科瑞温度在线监测系统解决方案

1概述

 电气接触在线温度测量装置适用于高低压开关柜内电缆接头、断路器接头、闸门开关、高压电缆中间头、干变压器、低压大电流等设备的温度监测，防止氧化、松动、灰尘等因素导致接触电阻过大，提高设备安全，及时、持续、准确地反映设备运行状态，降低设备事故率。

 Acrel-2000T无线测温监测系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接通信，系统设计遵循国际标准-RTU、Modbus-TCP等传输规则大大提高了安全性、可靠性和开放性。该系统具有遥信、遥控、遥控、遥控、遥控、事件报警、曲线、棒图、报告和用户管理功能，可监控无线温度测量系统的设备运行状态，实现快速报警响应，防止严重故障。

2应用场所

 适用于电力物联网、钢厂、化工、水泥、数据中心、医院、机场、电厂、煤矿等电力设备的温度监测。

3系统结构

4系统功能

 温度测量系统主机Acrel-2000T安装在值班监控室，可以远程监控系统中所有开关设备的运行温度状态。该系统具有以下主要功能：

1）温度显示

2）温度曲线

3）运行报表

4）实时告警

5）历史事件查询

5系统硬件配置

 温度在线监测系统主要由设备层的温度传感器和温度采集/显示单元、通信层的边缘计算网关和站控层的温度测量系统主机组成，实现变配电系统关键电气部件的温度在线监测。

六安科瑞AMB300系列母线槽红外测温解决方案

 安科瑞AMB300系列母线槽红外测温解决方案是一种非接触式红外测温装置，可解决母线槽温升过高的问题，实时将连接器中的每相温度数据上传到后台，提示管理人员注意报警点或采取必要的预防措施。

AMB300红外测温网示意图

AMB300红外测温系统拓扑图

AMB300红外测温原理示意图

安科瑞系统平台界面

七结语

 本文设计了一套非接触式密集型母线槽温度测量系统，用于监测和预警社区内各母线与密集型母线槽插入箱的温度，并对远程客户端界面进行实时管理和监控。系统设计包括硬件电路设计和客户端软件设计。采用非接触式测温模块，提高了测温系统的安全性和准确性，不影响电力系统的运行。使用4G数据传输模块将温度数据上传到服务器，解决安装在不同位置的插件箱温度数据的传输问题，避免重新布线和传输数据，无距离限制，便于随时添加和更改设备。此外，由于所需传输的数据相对简单，所产生的流量成本在可接受的范围内。客户端开发的可视化软件可以快速查询所有温度数据，并具有报警提示功能，及时处理异常温度。目前，该系统已投入社区实际使用。从客户端显示的数据来看，每条母线的温度变化趋势非常稳定。实践表明，该系统实用可行，能够实现设计功能，具有很大的可扩展性。

参考文献

[1]宋诚、李文志、鲁杨、张欢。非接触式密集型母线槽测温系统研究.

[2]陈澜、卞星明、万树伟、王黎明、关志成。交流老化导线温升特性的变化对载流量的影响[J].2014、40(5)高压技术：1499-1506.

[3]李卫文。基于无线通信的母线测温系统[J].2008(6)广东输电变电技术：1-3.

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022年05版.

作者简介：涂志燕，现任安科瑞电气有限公司，主要从事数据中心相关产品的研发和应用。