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1.绪论
在电力系统中，高压开关柜的应用相当广泛，担负着关合及开断电力线路、保护系统安全的双重功能，而柜内导电连接处的接触特性直接影响到开关柜工作的可靠性。在电力生产的过程中，机械振动，触头烧蚀等原因都可能造成接触处温度升高，引起接触处氧化，使接触电阻进一步增加，温度进一步上升，继而出现局部熔焊或产生火花甚至电弧放电，殃及周围绝缘材料，最终造成电气设备的损坏。 因此，对柜内触点进行实时的温度监测，实现过热报警是避免重大事故发生及控制故障恶化的有力手段。
由于被测点为高压带电部位，常规的测温方式难以使用。因而，非接触的测温方式应运而生。利用红外传感器进行温度测量就是其中之一。它是通过接收被测目标发出的红外辐射来确定其温度的。因此可以测量高温的、有腐蚀性的、高压带电的物体，并以其速度快、范围宽且对被测温场无干扰等优势在高压电力设备的温度在线监测领域中得到越来越广泛的应用。
1.1高压系统温度在线监测技术的重要意义
高压开关设备主要用于关合及开断电力线以输送及倒换电力负荷，以及从电力系统退出故障设备和线段，是保证系统安全运行的重要设备。高压开关柜隔离开关在电网运行设备中是必不可少的，它担负着与其它电气设备相互配合，保证与其它设备关合电流的重任。在长期运行过程中，开关柜中的触点和母线排连接处等部位因老化、工差配合不良或接触电阻过大而发热，由此最终导致火灾事故。一直以来，在电厂和变电站已经发生多起开关柜触点过热事故，造成火灾和大面积的停电。
由于触点温度过热而引发的安全事故，一方面来自开关柜本身的质量原因，更重要的原因在于目前缺乏针对开关柜触点温度进行有效监测的手段。目前对高压开关柜触点温度监测大都采用人工定期巡查的方法来获得触点的温度数据，定期巡视的方法容易出现事故的漏报现象。由此可见，随着电网其它设备的逐步完善和更新，对于高压开关柜隔离开关的安全监测已滞后于电网的安全需要。因此，研究开发一种性能可靠、结构简单、使用方便、易于维护、成本低廉的高压开关柜触点实时超温监测系统，实现过热报警，是避免重大事故发生和控制故障恶化的有力手段。
1.2无线测温系统特点
无线测温系统结构简单,易于实现,集精确测温、无线数据传输和总线监测网
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络于一体,满足了对供电系统开关柜内温度实时在线监测的要求;采用了红外传输技术,没有电磁干扰,最限度地降低了周围电磁场尤其是开关开、合闸的影响,有效地保证了测温精度,提高了设备使用寿命。监控软件通过与数据库的连接,可以对温度数据进行存储、查询和显示。
1.3实现功能
监控计算机监控软件具有以下功能： （1）实时显示监测点的温度数据；
（2）当监测点温度超过预设报警时自动报警； （3）可以根据监测数据快速找出故障点； （4）可以根据需要设定报警值； （5）掉电保护功能
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2. 硬件电路的组成
2.1 单片机
1994年美国ATMEL CORPORATION（爱特梅尔公司）通过技术交换取得8031单片机内核的使用权，并结合自身EEPROM存储设计、制造领域内的优势，将一定容量的FLASH存储器集成了80C31单片机内核，形成独具特色的AT89C系列的单片机芯片与INTEL公司MCS-51保持100%兼容，价格低廉，程序修改灵活（片内FLASH存储器可以重复擦除1000次）
2.1.1 单片机AT89C
AT89C系列的单片机型号主要有AT89C51、AT89LV51、AT89C52、AT89C1051、AT89C2051和AT89S8252其中：AT89C51、AT89LV51硬件资源、引脚排列、指令系统与INTEL公司的80C31完全兼容；AT89C52、AT89LV52硬件资源、引脚排列、指令系统与INTEL公司的80C32完全兼容. 芯片引脚如图2-1所示：
图2-1 AT89C51引脚图
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2.1.2 AT89C51系列主要特点
（1）用INTEL80C31内核，硬件资源，引脚排列、指令系统分别与MCS-51系列100%兼容。
（2）片内程序存储器类型号为FLASH，容量为4K可重复擦写1000次。 （3）工作压为5V，时钟频率为0HZ—24HZ。
（4）同于采用80C31内核，同样具有正常，节电，掉电三种操作方式。 （5）三级程序存储器加密功能。
（6）可以利用P0、P2口扩展程序存储器和数据存储器空间。
（7）AT89C51是DIP40脚封装，它有P0、P1、P2、P3四组IO口每共有32个IO口，其中P1口结构最简单，功能也单一仅作为普通数据输入/输出端口使用。P0口端口较为复杂在需要扩展外部存储器时，它可以作为地址/数据总线使用。当然也可以普通IO端口使用。当作为普通IO端口使用时P0口要接上拉电阻才能正常使用。P2口1可以作为普通IO口使用也可以作为地址总线。在没有外部程序存储器或虽有外部数据存储器但容量不大于256B，不需要高8位地址时，P2口可以作为I/O端口使用。P2口端口作为地址总时，P2口将输出高8位地址总线。与P0口不同无须分时使用，因此P2口上的地址信息或数据地址寄存器高8位DPH保存时间长，无须锁存。P3口是个多功能口除了可以作为普通I/O端口外还具有第二功能，如表2-1所示。
表2-1 P3口管脚的第二功能
P3口引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
第二功能 RXD(串行输入端) TXD(串行输出端 IN0(外部中断0) IN1(外部中断1)
T0定时/计数器0的外部输入端) T1定时/计数器1的外部输入端) WR(外部数据存储器写信号) RD(外部数据存储器读信号)
备注 输入 输出 输入 输入 输入 输入 输出 输出
2.1.3 AT89C51的寻址方式
AT89C51单片机七种寻址方式: 1）立即数寻地址； 2）直接寻址方式； 3）寄存器寻址方式；
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4）寄存器间接寻址方式； 5）位寻址方式； 6）变址寻址方式； 7）相对寻址方式。
2.1.4 AT89C51的指令分类
（1）数据传送类指令（29） （2）算术运算类指令（24） （3）逻辑运算类与移位类指令（24） （4）控制指令转移类指令（17） （5）位操作指令（17）
2.2 温度传感器
目前用于断路器触头温度在线测量的方法主要分为两种:
l)接触式测量:采用热敏电阻或半导体温度传感器等提取发热点的温度。 2)非接触式测量:采用光纤温度传感器、红外温度传感器等提取发热点的温度。接触式测量所用到的传感器价格低廉、结构简单,但是需要与断路器触头附近的带电部分接触，会给测量装置引入高电压绝缘问题。而非接触式测量可以实现远距离测量，不需要与测量点接触。为了避免断路器在线监测装置的高电压绝缘问题。
本文中采用非接触式测量的方式实现断路器触头的温度测量。目前，非接触式温度测量的传感器主要有两种:光纤温度传感器和红外温度传感器。 光纤温度传感器由光纤和感温原件构成，它的原理是利用感温元件对光的吸收性随温度变化而变化的特性，将待测物体温度变化转化为光信号的变化，再通过光监测电路及滤波电路输出模拟电压量。温度测量通过光信号转化为电信号，但是采用光纤温度传感器需要在测温点引出光纤电缆，而且光纤温度传感器的价格目前还是比较高，相对而言性价比较低。
红外温度传感器原理是通过接收测量物体的电磁辐射，将辐射波长的变化转化成模拟电信号输出，其体积小，结构简单。综合比较，采用红外温度传感器能够实现远距离测量，对断路器本体结构不产生影响，在断路器触头温度测量中可行性高。由于断路器触头位于灭弧室中，外界不能直接观察到，所以不能直接测量到断路器触头的温度。但是根据热传导原理，导电体通过电流温度升高，和它接触的其它零部件的温度也会升高。断路器触头与灭弧室端盖或母线连接处之间的接触可近似的看作平面接触。
温度传感器主要由数字式温度传感器、中央处理单元和红外传输模块组成。
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基于红外传输的无线测温系统设计_毕业论文
