高压母线温度在线测量装置

在电力系统中，高压开关、GIS（气体绝缘变电站）等高压电器和载流母线等电力设备在负载电流过大时会出现温升过高，最后温度有可能使相邻的绝缘部件性能劣化，甚至击穿。据统计，电力系统发生事故原因中有相当部分与过热问题有关，因此采取有效措施监测母线及电接触温度是电力系统需要解决的课题。运行中的载流母线、高压开关等处于高电位，其温度测量装置具有以下特点： 　　
a.处于高电压环境中； 　　
b.允许系统在短时间内过载运行，但必须在母线温度危及运行安全之前发出报警信号；　　c.由于温升是由负载电流引起的，温度随负载（时间）而变化，因此需要实时在线监测并按规定的时间间隔记录；　　
d.母线温度是电力系统状态参数之一，为综合监测系统状态，要求母线温度测量装置数字化输出，以便于计算机处理，并可与其他电气参数相配合，成为电力在线监测系统的一部分。　　
1、高压母线温度测量技术现状　　
母线处于高电位，目前国内专门用于高压母线及电接触发热测量的仪器还很少。温度监测的主要方法一是在电接触表面涂一层随温度变化颜色的发光材料，通过观察其颜色变化来大致确定温度范围，这种方法准确度低、可靠性差，不能进行定量测量；另外一种方法是利用光（红外）辐射特性的红外测温仪，它能测量0℃~200℃之间温度，基本误差为±（1%×t十0.5%），准确度较高，但由于需要光学器件，在开关柜等特定场合使用不太方便，而且价格也比较高，推广应用有一定困难。 　　
2、高压母线温度测量解决方案　　
根据高电压作业环境下温度测量的特点，母线和电接触温度测量装置采取温度就地测量，数据遥送地面，由计算机进行处理的方法。温度传感器由浮动充电电池供电，减少高低压之间的电气联系，采用全数字方式工作，抗干扰能力强、精度高、体积小。经系统综合测试，其工作稳定可靠，能够满足高压母线温度测量的要求。  
2.1数字温度传感器的研制　　
在本装置中，采用热敏电阻作为温度传感器：与金属材料相比，热敏电阻的电阻率温度系数为金属材料的10倍~100倍，甚至更高，而且根据选择的半导体材料不同，电阻率温度系数可有-6%/℃~+60%/℃范围的各种数值，而且由于半导体材料电阻率远高于金属，因此热敏电阻的尺寸可以很小。例如，珠形热敏电阻可小至直径为0.2mm的珠形体，这样微小的测温元件不仅热惯性小、响应速度快、对待测的环境影响很小，而且可以用于测量非常狭窄空间的温度，例如空隙、高压触头间隙等。由于热敏电阻不存在类似使用热电偶时的冷端补偿问题，也无需考虑线路引线电阻和接线方式对测温精度的影响，因此使用比较方便。由于NTC负温度系数热敏电阻具有性能稳定、灵敏度高、动态性能好、价格适中等优点，能够满足高电压环境下母线温度测量的要求，因此将NTC负温度系数热敏电阻作为优选传感元件。　　
为了得到数字化的温度传感信号，便于逻辑处理，在本装置中将热敏电阻阻值的变化转换为脉冲周期变化，再对脉冲计数可以得到与温度值有一定关系的数字信号，经微机处理后得到待测物体的温度值。由热敏电阻、高精度标准电阻、电容等元件与定时触发器555构成的温度传感器电路如图1所示。触发器555输出为方波脉冲：高电平脉冲T1=RlCln2，低电平脉冲T2=RtCln2，为减少电容C对测量精度的影响，取Tl/T2的比值作为传感信号，Rt=R1T2/Tl，由测量信号的2个脉冲Tl ，T2和阻值R1计算出对应测量温度下的热敏电阻阻值R，从而由Rt-T关系曲线计算出被测温度值。传感器的热敏电阻从电路板上引出敷贴于被测量的母线表面，传感器安装在邻近测量点的适当位置上。 　　2.2传感信号逻辑处理　　
温度传感电路中得到的信号是充放电脉冲T1，T2，为取得T1/T2的比值，用计数时钟脉冲调制T1，T2，并对其进行计数，得到T1，T2两个计数值，再由单片机进行处理。 　　
为满足数据传输的需要，采用相邻周期的T1，T2。由于一个充放电周期约为几十毫秒，在此区间内由于热惯性，待测母线温度变化很小，可以不考虑由此造成的误差。　　
在传感信号逻辑处理中，主要考虑以下几点： 　　
a.为了减小功耗，在数字温度传感器中采用CMOS IC。 　　
b.误差：由于计数器工作时最低位计数的随机性，为了减小测量误差，计数器采用“减计数”的方法，将初始值设置成11111111（FF）状态。在高温情况下，虽然相应的T2脉冲宽度很小，但可以得到较大的计数值，能有效地减小测量误差。虽然在温度较低时误差会很大，但由于高压母线温度测量只在温度较高的情况下才有意义，应主要考虑在高温时的测量误差。因此采用“减计数”的方法是正确的。 c.注意时序配合和消除竞争冒险现象，保持电路稳定。　　
2.3数据传输与控制系统的设计 　　
在高压母线温度测量装置中，温度传感部分与数据处理部分是分开的。温度数据可通过红外光波或无线电波传给处于低电位的测量仪器。由于测量点可能有若干个，为便于控制，测量的数据带有地址识别码。红外线数据传送的缺点是光波传输要求空间无障碍物，传送距离较短，一般只有3m~5m；无线电传送的缺点受其他空间电波的影响较大，传送误码率较高，但可通过多次重复传送进行修正。本装置选用射频无线遥控发射接收头TDC1808/TDC1809作为发送装置，当工作电压为5V时，发射距离可达十几米，工作频率为200MHz，无需使用发射/接收天线，能够满足实际要求。 　　
2.4数据记录与处理 　　
由数字温度传感器得到传感信号T1，T2的计数值，经无线电传送，由单片机接收、记录、处理。单片机选用8098为主处理机，数据由其8255并行口输入，经处理后送微型打印机打印输出。　　
从温度传感器得到的数据是充放电脉冲T1，T2的计数值。根据温度测量原理，为消除电容C的影响，采用Tl/T2的比值作为传感信号，同时取多次测量结果的平均值，以减小测量误差。　　
2.5传感器电源 　　
数字温度传感器和无线电数据发送装置直接固定在高压母线上。其电源采用由母线电流通过电磁感应获得低电压电源，再向电池充电的方法。在传感器供电母线短时间停电的情况下，温度测量装置能够正常工作，在通常情况下，由充电电池向负载供电；当充电电池容量下降时，由母线感应电源向其充电，同时向负载供电。 　
3、结语 　　
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