高壓母線溫度在線測量裝置

　　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(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(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(lián)系，采用全數(shù)字方式工作，抗干擾能力強、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(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(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，并對其進行計數(shù)，得到T1，T2兩個計數(shù)值，再由單片機進行處理。

　　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)器工作時最低位計數(shù)的隨機性，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，當工作電壓為5V時，發(fā)射距離可達十幾米，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，由單片機接收、記錄、處理。單片機選用8098為主處理機，數(shù)據(jù)由其8255并行口輸入，經(jīng)處理后送微型打印機打印輸出。

　　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，由充電電池向負載供電;當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