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高壓母線溫度在線測量裝置

發布時間:2010.05.13    新聞來源:江蘇新大高空公司    瀏覽次數:

高壓母線溫度在線測量裝置

   在電力系統中,高壓開關、GIS(氣體絕緣變電站)等高壓電器和載流母線等電力設備在負載電流過大時會出現溫升過高,最后溫度有可能使相鄰的絕緣部件性能劣化,甚至擊穿。據統計,電力系統發生事故原因中有相當部分與過熱問題有關,因此采取有效措施監測母線及電接觸溫度是電力系統需要解決的課題。
運行中的載流母線、高壓開關等處于高電位,其溫度測量裝置具有以下特點:
  a.處于高電壓環境中;
  b.允許系統在短時間內過載運行,但必須在母線溫度危及運行安全之前發出報警信號;
  c.由于溫升是由負載電流引起的,溫度隨負載(時間)而變化,因此需要實時在線監測并按規定的時間間隔記錄;
  d.母線溫度是電力系統狀態參數之一,為綜合監測系統狀態,要求母線溫度測量裝置數字化輸出,以便于計算機處理,并可與其他電氣參數相配合,成為電力在線監測系統的一部分。
  1、高壓母線溫度測量技術現狀
  母線處于高電位,目前國內專門用于高壓母線及電接觸發熱測量的儀器還很少。溫度監測的主要方法一是在電接觸表面涂一層隨溫度變化顏色的發光材料,通過觀察其顏色變化來大致確定溫度范圍,這種方法準確度低、可靠性差,不能進行定量測量;另外一種方法是利用光(紅外)輻射特性的紅外測溫儀,它能測量0℃~200℃之間溫度,基本誤差為±(1%×t十0.5%),準確度較高,但由于需要光學器件,在高壓開關柜等特定場合使用不太方便,而且價格也比較高,推廣應用有一定困難。
  2、高壓母線溫度測量解決方案
  根據高電壓作業環境下溫度測量的特點,母線和電接觸溫度測量裝置采取溫度就地測量,數據遙送地面,由計算機進行處理的方法。溫度傳感器由浮動充電電池供電,減少高低壓之間的電氣聯系,采用全數字方式工作,抗干擾能力強、精度高、體積小。經系統綜合測試,其工作穩定可靠,能夠滿足高壓母線溫度測量的要求。
2.1數字溫度傳感器的研制
  在本裝置中,采用熱敏電阻作為溫度傳感器:與金屬材料相比,熱敏電阻的電阻率溫度系數為金屬材料的10倍~100倍,甚至更高,而且根據選擇的半導體材料不同,電阻率溫度系數可有-6%/℃~+60%/℃范圍的各種數值,而且由于半導體材料電阻率遠高于金屬,因此熱敏電阻的尺寸可以很小。例如,珠形熱敏電阻可小至直徑為0.2mm的珠形體,這樣微小的測溫元件不僅熱慣性小、響應速度快、對待測的環境影響很小,而且可以用于測量非常狹窄空間的溫度,例如空隙、高壓觸頭間隙等。由于熱敏電阻不存在類似使用熱電偶時的冷端補償問題,也無需考慮線路引線電阻和接線方式對測溫精度的影響,因此使用比較方便。由于NTC負溫度系數熱敏電阻具有性能穩定、靈敏度高、動態性能好、價格適中等優點,能夠滿足高電壓環境下母線溫度測量的要求,因此將NTC負溫度系數熱敏電阻作為優選傳感元件。
  為了得到數字化的溫度傳感信號,便于邏輯處理,在本裝置中將熱敏電阻阻值的變化轉換為脈沖周期變化,再對脈沖計數可以得到與溫度值有一定關系的數字信號,經微機處理后得到待測物體的溫度值。由熱敏電阻、高精度標準電阻、電容等元件與定時觸發器555構成的溫度傳感器電路如圖1所示。觸發器555輸出為方波脈沖:高電平脈沖T1=RlCln2,低電平脈沖T2=RtCln2,為減少電容C對測量精度的影響,取Tl/T2的比值作為傳感信號,Rt=R1T2/Tl,由測量信號的2個脈沖Tl ,T2和阻值R1計算出對應測量溫度下的熱敏電阻阻值R,從而由Rt-T關系曲線計算出被測溫度值。傳感器的熱敏電阻從電路板上引出敷貼于被測量的母線表面,傳感器安裝在鄰近測量點的適當位置上。
  2.2傳感信號邏輯處理
  溫度傳感電路中得到的信號是充放電脈沖T1,T2,為取得T1/T2的比值,用計數時鐘脈沖調制T1,T2,并對其進行計數,得到T1,T2兩個計數值,再由單片機進行處理。
  為滿足數據傳輸的需要,采用相鄰周期的T1,T2。由于一個充放電周期約為幾十毫秒,在此區間內由于熱慣性,待測母線溫度變化很小,可以不考慮由此造成的誤差。
  在傳感信號邏輯處理中,主要考慮以下幾點:
  a.為了減小功耗,在數字溫度傳感器中采用CMOS IC。
  b.誤差:由于計數器工作時最低位計數的隨機性,為了減小測量誤差,計數器采用“減計數”的方法,將初始值設置成11111111(FF)狀態。在高溫情況下,雖然相應的T2脈沖寬度很小,但可以得到較大的計數值,能有效地減小測量誤差。雖然在溫度較低時誤差會很大,但由于高壓母線溫度測量只在溫度較高的情況下才有意義,應主要考慮在高溫時的測量誤差。因此采用“減計數”的方法是正確的。
c.注意時序配合和消除競爭冒險現象,保持電路穩定。
  2.3數據傳輸與控制系統的設計
  在高壓母線溫度測量裝置中,溫度傳感部分與數據處理部分是分開的。溫度數據可通過紅外光波或無線電波傳給處于低電位的測量儀器。由于測量點可能有若干個,為便于控制,測量的數據帶有地址識別碼。紅外線數據傳送的缺點是光波傳輸要求空間無障礙物,傳送距離較短,一般只有3m~5m;無線電傳送的缺點受其他空間電波的影響較大,傳送誤碼率較高,但可通過多次重復傳送進行修正。本裝置選用射頻無線??胤⑸浣郵脹稵DC1808/TDC1809作為發送裝置,當工作電壓為5V時,發射距離可達十幾米,工作頻率為200MHz,無需使用發射/接收天線,能夠滿足實際要求。
  2.4數據記錄與處理
  由數字溫度傳感器得到傳感信號T1,T2的計數值,經無線電傳送,由單片機接收、記錄、處理。單片機選用8098為主處理機,數據由其8255并行口輸入,經處理后送微型打印機打印輸出。
  從溫度傳感器得到的數據是充放電脈沖T1,T2的計數值。根據溫度測量原理,為消除電容C的影響,采用Tl/T2的比值作為傳感信號,同時取多次測量結果的平均值,以減小測量誤差。
  2.5傳感器電源
  數字溫度傳感器和無線電數據發送裝置直接固定在高壓母線上。其電源采用由母線電流通過電磁感應獲得低電壓電源,再向電池充電的方法。在傳感器供電母線短時間停電的情況下,溫度測量裝置能夠正常工作,在通常情況下,由充電電池向負載供電;當充電電池容量下降時,由母線感應電源向其充電,同時向負載供電。
  3、結語
  本文介紹了包括數字溫度傳感器、數據傳送與控制、單片機數據記錄與處理、傳感器電源等環節在內的高壓母線溫度測量系統。該裝置已在現場技入試運行,經系統綜合測試證明該裝置能夠滿足高壓環境下溫度測量的要求。本裝置可廣泛應用于高壓母線、高壓開關柜、GIS(氣體絕緣變電站)等處的溫度測量,并可與其他監測系統聯合,對母線狀態進行綜合監視。

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