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高壓母線在線測試溫度

來源:上海妙定電氣有限公司   2019年10月14日 10:19  

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(shí)會(huì)出現(xiàn)溫升過高,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(jì),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(yùn)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(diǎn):

a.處于高電壓環(huán)境中;

b.允許系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)過載運(yùn)行,但必須在母線溫度危及運(yùn)行安全之前發(fā)出報(bào)警信號(hào);

c.由于溫升是由負(fù)載電流引起的,溫度隨負(fù)載(時(shí)間)而變化,因此需要實(shí)時(shí)在線監(jiān)測并按規(guī)定的時(shí)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(jì)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(jià)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(diǎn),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(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的方法。溫度傳感器由浮動(dòng)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(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(duì)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(shí)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(duì)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(dòng)態(tài)性能好、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn),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(hào),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(duì)脈沖計(jì)數(shù)可以得到與溫度值有一定關(guān)系的數(shù)字信號(hào),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(shí)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(duì)測量精度的影響,取Tl/T2的比值作為傳感信號(hào),Rt=R1T2/Tl,由測量信號(hào)的2個(gè)脈沖Tl,T2和阻值R1計(jì)算出對(duì)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(jì)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(diǎn)的適當(dāng)位置上。

2.2傳感信號(hào)邏輯處理

溫度傳感電路中得到的信號(hào)是充放電脈沖T1,T2,為取得T1/T2的比值,用計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖調(diào)制T1,T2,并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù),得到T1,T2兩個(gè)計(jì)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捎孟噜徶芷诘腡1,T2.由于一個(gè)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(hào)邏輯處理中,主要考慮以下幾點(diǎn):

a.為了減小功耗,在數(shù)字溫度傳感器中采用CMOSIC.

b.誤差:由于計(jì)數(shù)器工作時(shí)低位計(jì)數(shù)的隨機(jī)性,為了減小測量誤差,計(jì)數(shù)器采用“減計(jì)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(jì)數(shù)值,能有效地減小測量誤差。雖然在溫度較低時(shí)誤差會(huì)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(shí)的測量誤差。因此采用“減計(jì)數(shù)”的方法是正確的.

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