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高壓母線(滑觸線母線槽)溫度在線測量裝置021-56479692

2010-05-05 [1684]

在電力系統(tǒng)中,高壓開關(guān)、GIS(氣體絕緣變電站)等高壓電器和載流母線等電力設(shè)備在負(fù)載電流過大時會出現(xiàn)溫升過高,zui后溫度有可能使相鄰的絕緣部件性能劣化,甚至擊穿。據(jù)統(tǒng)計,電力系統(tǒng)發(fā)生事故原因中有相當(dāng)部分與過熱問題有關(guān),因此采取有效措施監(jiān)測母線及電接觸溫度是電力系統(tǒng)需要解決的課題。
運行中的載流母線、高壓開關(guān)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(huán)境中;
  b.允許系統(tǒng)在短時間內(nèi)過載運行,但必須在母線溫度危及運行安全之前發(fā)出報警信號;
  c.由于溫升是由負(fù)載電流引起的,溫度隨負(fù)載(時間)而變化,因此需要實時在線監(jiān)測并按規(guī)定的時間間隔記錄;
  d.母線溫度是電力系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)之一,為綜合監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài),要求母線溫度測量裝置數(shù)字化輸出,以便于計算機(jī)處理,并可與其他電氣參數(shù)相配合,成為電力在線監(jiān)測系統(tǒng)的一部分。
  1、高壓母線溫度測量技術(shù)現(xiàn)狀
  母線處于高電位,目前國內(nèi)專門用于高壓母線及電接觸發(fā)熱測量的儀器還很少。溫度監(jiān)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(fā)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(zhǔn)確度低、可靠性差,不能進(jìn)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(zhǔn)確度較高,但由于需要光學(xué)器件,在高壓開關(guān)柜等特定場合使用不太方便,而且價格也比較高,推廣應(yīng)用有一定困難。
  2、高壓母線溫度測量解決方案
  根據(jù)高電壓作業(yè)環(huán)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(shù)據(jù)遙送地面,由計算機(jī)進(jìn)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,采用全數(shù)字方式工作,抗*力強(qiáng)、精度高、體積小。經(jīng)系統(tǒng)綜合測試,其工作穩(wěn)定可靠,能夠滿足高壓母線溫度測量的要求。
2.1數(shù)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(shù)為金屬材料的10倍~100倍,甚至更高,而且根據(jù)選擇的半導(dǎo)體材料不同,電阻率溫度系數(shù)可有-6%/℃~+60%/℃范圍的各種數(shù)值,而且由于半導(dǎo)體材料電阻率遠(yuǎn)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(yīng)速度快、對待測的環(huán)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(bǔ)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(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻具有性能穩(wěn)定、靈敏度高、動態(tài)性能好、價格適中等優(yōu)點,能夠滿足高電壓環(huán)境下母線溫度測量的要求,因此將NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻作為優(yōu)選傳感元件。
  為了得到數(shù)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(zhuǎn)換為脈沖周期變化,再對脈沖計數(shù)可以得到與溫度值有一定關(guān)系的數(shù)字信號,經(jīng)微機(jī)處理后得到待測物體的溫度值。由熱敏電阻、高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻、電容等元件與定時觸發(fā)器555構(gòu)成的溫度傳感器電路如圖1所示。觸發(fā)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(yīng)測量溫度下的熱敏電阻阻值R,從而由Rt-T關(guān)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(dāng)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(shù)時鐘脈沖調(diào)制T1,T2,并對其進(jìn)行計數(shù),得到T1,T2兩個計數(shù)值,再由單片機(jī)進(jìn)行處理。
  為滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰,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(qū)間內(nèi)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(shù)字溫度傳感器中采用CMOS IC。
  b.誤差:由于計數(shù)器工作時zui低位計數(shù)的隨機(jī)性,為了減小測量誤差,計數(shù)器采用“減計數(shù)”的方法,將初始值設(shè)置成11111111(FF)狀態(tài)。在高溫情況下,雖然相應(yīng)的T2脈沖寬度很小,但可以得到較大的計數(shù)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(yīng)主要考慮在高溫時的測量誤差。因此采用“減計數(shù)”的方法是正確的。
c.注意時序配合和消除競爭冒險現(xiàn)象,保持電路穩(wěn)定。
  2.3數(shù)據(jù)傳輸與控制系統(tǒng)的設(shè)計
  在高壓母線溫度測量裝置中,溫度傳感部分與數(shù)據(jù)處理部分是分開的。溫度數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)帶有地址識別碼。紅外線數(shù)據(jù)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(fù)傳送進(jìn)行修正。本裝置選用射頻無線遙控發(fā)射接收頭TDC1808/TDC1809作為發(fā)送裝置,當(dāng)工作電壓為5V時,發(fā)射距離可達(dá)十幾米,工作頻率為200MHz,無需使用發(fā)射/接收天線,能夠滿足實際要求。
  2.4數(shù)據(jù)記錄與處理
  由數(shù)字溫度傳感器得到傳感信號T1,T2的計數(shù)值,經(jīng)無線電傳送,由單片機(jī)接收、記錄、處理。單片機(jī)選用8098為主處理機(jī),數(shù)據(jù)由其8255并行口輸入,經(jīng)處理后送微型打印機(jī)打印輸出。
  從溫度傳感器得到的數(shù)據(jù)是充放電脈沖T1,T2的計數(shù)值。根據(jù)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(jié)果的平均值,以減小測量誤差。
  2.5傳感器電源
  數(shù)字溫度傳感器和無線電數(shù)據(jù)發(fā)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(yīng)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(fù)載供電;當(dāng)充電電池容量下降時,由母線感應(yīng)電源向其充電,同時向負(fù)載供電。
  3、結(jié)語
  本文介紹了包括數(shù)字溫度傳感器、數(shù)據(jù)傳送與控制、單片機(jī)數(shù)據(jù)記錄與處理、傳感器電源等環(huán)節(jié)在內(nèi)的高壓母線溫度測量系統(tǒng)。該裝置已在現(xiàn)場技入試運行,經(jīng)系統(tǒng)綜合測試證明該裝置能夠滿足高壓環(huán)境下溫度測量的要求。本裝置可廣泛應(yīng)用于高壓母線、高壓開關(guān)柜、GIS(氣體絕緣變電站)等處的溫度測量,并可與其他監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)合,對母線狀態(tài)進(jìn)行綜合監(jiān)視。
 

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