電力系統(tǒng)的安全運行關(guān)系到整個國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活的穩(wěn)定。然而，影響電力系統(tǒng)安全運行的因素很多，其中一個重要方面是電氣設(shè)備自身的安全運行問題。由于絕大多數(shù)的電氣設(shè)備溫度監(jiān)測采用封閉式結(jié)構(gòu)，散熱效果差，熱積累大，并長期處于高電壓、大電流和滿負(fù)荷運行，其結(jié)果造成熱量集結(jié)加劇，溫升直接危害電氣設(shè)備的電氣絕緣。發(fā)電廠中的發(fā)電機(jī)組隨著其電壓增高和容量增大，解決定子鐵心和繞組溫升的監(jiān)測問題就日益突出。同樣，對全封閉高壓開關(guān)電器，也存在著對其開關(guān)觸頭溫度的監(jiān)測問題。特別是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，強(qiáng)大的電流使電氣設(shè)備內(nèi)部溫升加劇，電氣絕緣遭到嚴(yán)重破壞，并使電氣設(shè)備壽命縮短，甚至造成電氣設(shè)備被燒毀的嚴(yán)重事故。

　　

　　因此，電氣設(shè)備溫度實時監(jiān)測已成為電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備安全運行急需解決的實際問題。但在實際監(jiān)測中，必須要求監(jiān)測對象與監(jiān)測儀器之間進(jìn)行電壓隔離，同時還要受溫度測點位置的限制，以及強(qiáng)電磁場干擾，其測試信號的有效傳送也一直是難以妥善解決的問題。雖然國外利用紅外熱輻射等技術(shù)對電氣設(shè)備做遙感式在線測溫，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴，并無法直接解決電氣設(shè)備內(nèi)部溫度的實時監(jiān)測問題。本文采用高性能多模石英光纖進(jìn)行電壓隔離，并用光纖傳送溫度脈沖信號，然后經(jīng)單片微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、溫度顯示、越限報警以及控制斷路器分閘，實現(xiàn)了電氣設(shè)備溫度的實時監(jiān)測。

　　

　　1、設(shè)備溫度監(jiān)測技術(shù)原理

　　

　　電氣設(shè)備溫度的微機(jī)監(jiān)測采用了多路集中監(jiān)測和巡回溫度顯示的方法，并分別把超微型半導(dǎo)體熱敏元件（MF51）埋設(shè)在電氣設(shè)備內(nèi)部高溫點處，如埋設(shè)在大容量發(fā)電機(jī)的定子鐵心齒槽底部和高壓開關(guān)電器靜觸頭上，提取溫度信號，并轉(zhuǎn)換成直流電壓信號。該監(jiān)測系統(tǒng)的信號采集功能由下面這些器件實現(xiàn)。

 

 

設(shè)備溫度監(jiān)測

　　

　　（1）MF51型熱敏元件該元件用熱敏系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料制成，熱反應(yīng)速度快，能將溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號。

　　

　　（2）溫度頻率轉(zhuǎn)換器它是由整流電路、穩(wěn)壓電路和電壓頻率轉(zhuǎn)換電路組成。由MF51型熱敏元件提取的溫度電壓信號經(jīng)過電壓頻率轉(zhuǎn)換電路后，將其調(diào)制成頻帶很寬的一系列電壓脈沖信號。其信號采樣電路中的電源可由發(fā)電機(jī)定子繞組匝間電壓提供，或者與高壓電器母線耦合的微型互感器提供。

　　

　　（3）光纖轉(zhuǎn)換器它由紅外發(fā)光二極管、硅光敏三極管和長度可達(dá)10m多的多模光纖耦合而成。光纖發(fā)射端將電壓脈沖信號轉(zhuǎn)換成光脈沖信號，由多模光纖傳輸，光纖接收終端又將光脈沖信號瞬時還原為同一頻率的電壓脈沖信號。

　　

　?。?）信號調(diào)整電路其功能是把光纖傳送過來的溫度電壓信號，整理成微機(jī)能夠接收的標(biāo)準(zhǔn)電平信號群。

　　

　　監(jiān)測系統(tǒng)智能單元由單片微機(jī)組成。它實時處理采樣信號數(shù)據(jù)，巡回顯示各監(jiān)測點的溫度，溫升超限定位聲光報警，并打印溫度數(shù)據(jù)變化曲線以及控制保護(hù)裝置動作。

　　

　　2、系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計

　　

　　監(jiān)測系統(tǒng)的智能核心部分是由單片微機(jī)系列MCS-51中的8031單片機(jī)及其擴(kuò)展電路構(gòu)成。

　　

　　2.1系統(tǒng)的硬件設(shè)計

　　

　　（1）單片微機(jī)系統(tǒng)由一片8031芯片、一片74LS373鎖存器、一片4K×8的EPROM（2732）、一片擴(kuò)展口芯片8155以及與非門邏輯電路構(gòu)成，是整個監(jiān)控系統(tǒng)的智能中心。

　　

　　（2）信號采集與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由MF51型熱敏元件、溫度頻率轉(zhuǎn)換器、光纖轉(zhuǎn)換器和信號調(diào)整電路組成，是整個監(jiān)測系統(tǒng)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

　　

　?。?）顯示與報警控制系統(tǒng)由若干只LED數(shù)碼管完成監(jiān)測點編號和測點溫度的巡回顯示，并由蜂鳴器和75452高驅(qū)動力的與非門芯片構(gòu)成溫度越限報警控制電路。

　　

　　（4）打印輸出單元由8155芯片的PC口控制微型打印機(jī)輸出溫度數(shù)據(jù)。

　　

　　2.2軟件程序設(shè)計

　　

　?。?）系統(tǒng)初始化模塊完成各功能口、寄存器、外圍擴(kuò)展口的初始狀態(tài)設(shè)置。

　　

　?。?）信號采集模塊主要完成對光電信號采集工作，這些信號均為電壓脈沖頻率信號，用單片機(jī)8031芯片的定時／計數(shù)引腳（P3。6）接收標(biāo)準(zhǔn)電平信號。采樣過程是在單片微機(jī)控制下定時定點進(jìn)行的。

　　

　?。?）溫度計算模塊根據(jù)溫度信號采集與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的頻率、電壓和溫度的函數(shù)關(guān)系，數(shù)值插值計算實時溫度。

　　

　　（4）溫度顯示與報警控制模塊其程序設(shè)計框圖。

　　

　?。?）打印控制模塊。

　　

　　3、TPM培訓(xùn)公司實測與總結(jié)

　　

　　電氣設(shè)備溫度監(jiān)測技術(shù)主要應(yīng)用于對發(fā)電廠中的大容量高壓發(fā)電機(jī)定子溫度和變電站中的高壓開關(guān)電器觸頭溫度的監(jiān)測。在四川電器股份有限公司進(jìn)行現(xiàn)場實測，并采用熱電偶測溫儀校驗，實測結(jié)果表明：該電氣設(shè)備溫度監(jiān)測系統(tǒng)反應(yīng)速度快，溫升越限定位準(zhǔn)確，測溫精度誤差不超過±1℃。

　　

　　另外，在該溫度監(jiān)測系統(tǒng)的實際實施中，要特別注意光纖轉(zhuǎn)換器中光纖耦合質(zhì)量。光纖與發(fā)光二極管耦合質(zhì)量不合格或者光纖與光敏三極管耦合質(zhì)量不合格時，輕者影響測溫精度，重則無光電信號產(chǎn)生。為了提高測試精度，避免光耦合工藝的影響，最好采用光脈沖信號形式，以某種頻率的光脈沖在光纖中傳送，不宜采用光的強(qiáng)弱來測溫。

　　

　　目前，電氣設(shè)備溫度監(jiān)測非電量的在線實時監(jiān)測已受到廣泛重視，成為電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備安全運行的新課題。本文介紹的電氣設(shè)備溫度監(jiān)測技術(shù)具有較高的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，此技術(shù)的應(yīng)用研究對保障電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)中安全運行具有重要的實際工程價值。