高压电器设备在线温度监测技术的研究

计算机应用文章编号：１００１—９９４４（２００１）０１一００４８一０３高压电器设备在线温度监测技术的研究胡春海，张越，齐广学（燕山大学电气工程学院，秦皇岛０６６００４）摘要：针对目前国内的高压电气设备需要在线温度监测的实际情况，设计了在单片机控制下的多点温度巡检系统，采用集成温度传感器ＡＤ５９０和光纤光功率推动的方法，实现对电气设备的在线温度监测，具有一定的工程实际意义。关键词：高压电气设备；温度监测；光功率推动中图分类号：２７４＋．５文献标识码：Ａ１引言监测。随着现代电力向着高电压、大机组、大容量的迅速发展，对电力系统供电可靠性的要求越来越２温度监测的原理及硬件电路设计高。影响电力系统安全运行的因素有很多，其中一为了全面监测电器设备的工作温度状况，本个重要方面是电器设备自身的安全运行问题。在系统采用由单片机控制下的多路温度信号巡回采我国绝大多数的高压电器设备采用封闭式的结集的方法。选用集成温度传感器ＡＤ５９０作为测温构，内部无散热装置，而且长期工作于高电压、大元件，它的工作范围为一５５～１５０℃，满足高压电电流、强磁场的环境中，使得热量集中，发热温升器设备的温度监控范围。在激励电压为４～３０Ｖ已经严重危害电器设备的正常运行，甚至会造成时，ＡＤ５９０的输出电流与绝对温度成正比，温度电器设备被烧坏的恶性事故。例如，高电压、大容系数为１ｕＡ／Ｋ，具有良好的线性。在测温时将量的发电机和电动机组需要对定子铁芯的温度进ＡＤ５９０分别置于高压电器设备内部的温度监测行监测；高压开关电器也需要实时检测位于高压点上，提取到的温度信号经温度／频率转换电路变开关柜内触头的工作温度。目前，国内的高压电器为电压信号。温度监测系统的硬件电路主要由以设备基本上没有设置在线的温度监测装置，因此下几个部分组成。高压电器设备实时温度监测已成为电力系统中电（１）探头检测电路器设备安全运行所急需解决的实际问题。但在实如图１所示，它由温度／频率转换电路、单稳际的监测中，由于测温对象位于高压回路中，存在态触发器整流电路和ＬＥＤ光源驱动电路组成。强电磁场的干扰，使得常规的测温方法难以实现。５５５定时器工作于多谐振荡的无稳态方式，输出国外利用红外热辐射等技术对电器设备做遥感式是受温度调制的矩形波，实现温度／频率的转化，在线测温，但是结构复杂，成本很高，难以实用，而通过对频率信号的采集便可以实现温度的测量。且无法解决电器设备内部温度的实时监测问题。单稳态触发器４０４７将输出的矩形波变窄，从而减本文选用高性能多模阶跃石英光纤在高压回路中少了光源驱动电路中三极管的导通时间，降低功传递温度信号，利用光纤优良的电气绝缘性能，使耗，为光纤传输光功率推动创造了条件。信号采样得仪表端与高压隔离。同时将探头埋设在电器设电路电源由光电池供给，光源可以选用白炽灯。这‘备内的高压选定部位，直接测出该点的实际温度是整个温度监测系统的核心电路。变化，解决了高压电器设备内部热点温度监测的（２）光纤传输系统难题，实现了对高压电器设备的实时在线温度对高压电器设备实现在线温度监测的一个难收稿日期：２０００—０７—１９（磁盘稿）万　方数据自动化与仪表第１６卷２００１年第１期图ｌ探头检测电路圈点在于如何将高压回路中的温度信号提取出来送路由放大电路及整流电路组成，将光纤传输过来到仪表端进行数据处理及显示。为了解决这个问的电压脉冲信号变为一定频率的标准ＴＴＬ电平题，本系统设计了光纤传输系统，采用光纤传输温信号，送入单片机进行频率记数。度脉冲信号，既可以抵抗电磁干扰，又使控制仪表（４）单片机智能控制系统端与高压隔离。光纤传输系统由红外发光二极管它由ＡＴ８９Ｃ５２单片机及其扩展电路组成。ＬＥＤ、硅光敏三极管和多模石英光纤组成。在光纤它实时处理采样数据，巡回显示各监测点的温度，发射端将将脉冲电压信号转换为光脉冲信号，由也可根据键盘输入的命令单独显示某一测量点的光纤传输到接受端，经光电转换又将光脉冲信号温度或者显示各路与室温的差值，温升超过允许还原为同一频率的电压脉冲信号，完成温度信号值时声光报警。此外单片机还通过可控硅开关电的可靠传输。路控制自炽灯的开关，使其在采样时自动接通，采（３）信号处理电路样结束后关闭，以延长白炽灯的使用寿命。经光纤传输到二次仪表端的电压脉冲信号由图２为电气设备温度监测的整体原理示意于损耗而幅值衰减，波形也发生了畸变，所以在单图。片机测频之前须经过信号处理电路。信号处理电图２温度监测系统整体原理示意图３软件程序设计ＡＴ８９Ｃ５２通过切换多路开关ＣＤ４０５１，依次将在系统的软件程序主要由以下几个模块组成：各通道所采集的电压脉冲频率信号接入内部计数（１）故障自诊断程序：在上电期间，系统分别器（Ｐ３．４引脚），进行频率记数，完成对各个温度检测内部ＲＡＭ、白炽灯及面板元件，若发现故障监测点的光电信号采集工作。图３为数据采集子或操作错误，则立即报警，实现控制系统的故障自程序框图。诊断。（４）数据处理及标度变换子程序：将所采集（２）初始化程序：完成各功能口、定时器／计到的频率信号进行滤波处理，剔除奇异值，根据温数器、寄存器及外围接口芯片的初始化状态设置。度与频率的转换关系，数值插值计算实时温度。（３）多通道数据采集子程序：单片机（５）ＬＥＤ数码显示与声光报警子程序：显示万　方数据计算机应用图３数据采集子程序框图当前通道号及其温度值，进行超温报警。（６）键盘处理子程序：可以实现巡回显示各通道的温度、单独显示某一通道的温度、显示各通围４系统的主程序流程图道与室温的温差３种温度显示方式，随时提供自动监测。显示无变化。将测量点送３１５０Ａ的电流，仪表显图４为系统主程序的软件流程图。示与作为校验的热电偶测温仪基本一致。因此实验证明：该温度监测系统能够在高电压、强电磁场４结束语的环境中长期可靠的工作，温升越限定位准确，测由于测温探头要置于高压回路中，所以探头温精度误差不超过１℃，可以作为高压电气设备的耐压能力是决定系统能否对高压电器设备实现的在线温度监测装置，对于保障电气设备在电力在线温度监测的关键问题。对于ｌＯｋＶ等级的高系统中安全运行具有重要的实际工程意义。一压电器装置，要求探头至少要能够承受３０ｋＶ的高压，否则将会被击穿。为此我们选用环氧树脂及［参考文献］玻璃纤维组成的固体绝缘板作为探头的绝缘材［１］Ｂｒｅｎｃｉ，Ｍ．Ｔｈｅｒｍｏｃｈｒｏｍｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒ料，其每毫米厚度的击穿电压不小于３４ｋＶ。为安ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒ［－Ｃ－］．ＳＰＩＥＰｒｏｃｅｅｉｎｇｓ．１９８４。１．［２］脉冲频率调制光纤高压测量传输系统的研究与应用全起见，我们用厚度为１．５ｍｍ的绝缘板将探头［Ｊ］．张纬钹，罗成沐，金涛，清华大学学报（自然科屏蔽，同时也可以抵抗电磁场的干扰。为检验探头学版），１９９５，１．及绝缘材料的电气绝缘性，我们作了工业耐压实［３］何立民．单片机应用系统设计［Ｍ］．北京航空航天大验。在探头与光纤之间分别施以工频４２ｋＶ的交学出版社，１９９６，１２．流电压和７２ｋＶ的直流电压，坚持一分钟，仪表ＡＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＯｎ·－！ｉｎｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＨｉｇｈ··ｖｏｌｔａｇｅＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＨＵＣｈｕｎ·ｈａｉ，ＺＨＡＮＧＹｕｅ，ＱＩＧｕａｎｇ—ｘｕｅ万　方数据高压电器设备在线温度监测技术的研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：

胡春海， 张越， 齐广学

燕山大学,电气工程学院,秦皇岛,066004自动化与仪表

AUTOMATION AND INSTRUMENTATION2001，16(1)3次

1.Brenci, M Thermochromic transducer optical fiber temperature sensor 1984

2.张纬钹 脉冲频率调制光纤高压测量传输系统的研究及应用[期刊论文]-清华大学学报(自然科学版) 1995(1)3.何立民 单片机应用系统设计 1996

1.学位论文 吕春生 高压电气设备温度在线监测新技术研究 2002

现代社会对电能的依赖性不断提高,尤其那些用电密度大的地区,对供电设备的可靠性要求更高.利用现代传感器技术和计算机技术等对运行中的设备进行实时状态监测,可确保系统的可靠运行.该文针对供电设备故障预测的需要,提出一种对其关键部位实行温度在线监测的新技术.目前,基于单片机的函数线性化法的数据处理技术在国内研究较少.该文结合温度在线监测的特点,提出了温度在线监测用数据处理方法的评判标准.在实现用MCS-51单片机指令编程后,重点讨论了多种数据处理方法,在对所研究的方法进行综合分析、比较的基础上,取得了适合于温度在线监测用的算法.同时,应用新型红外收发集成模块及其控制器设计了实施温度在线监测的系统软件,及硬件环境.并用实验,证实了该监测系统硬、软件工作的准确性与可靠性,以及所选算法的合理性.

2.期刊论文 何锐.HE Rui 采用短距离无线通信技术的电气设备温度在线监测的实现 -宁夏电力2009(1)

针对高压电气设备接触点发热的现象,对设备维护中发热点监测的方法进行分析,提出利用短距离无线通信技术,实现高压电气设备接触式在线温度监测的实施方案.

3.学位论文 韩兴德 信息融合技术在高压电气设备温变故障预警中的应用 2009

高压电气设备作为电力系统的重要组成部分，其运行电压高、负载大、运行时间长，容易发生故障，并且由此导致的后果往往是相当严重的。因此需要实时监测高压电气设备的运行状况，识别故障早期征兆，避免故障造成的严重后果。故障的多样性、不确定性和各种故障之间联系的复杂性构成了故障诊断技术上的难点，仅靠单一的故障特征量和诊断方法无法完成诊断任务。本文将信息融合的基本思想引入高压电气设备的故障诊断中，可以提高故障诊断结果的可靠性，最大限度地减小不确定性。 按信息融合处理层次分类，信息融合可分为数据层信息融合、特征层信息融合、决策层信息融合，它能将来自多传感器或多源的信息和数据进行综合处理，从而得出更为准确、可靠的结论，可根据不同的应用背景选择相应的融合层次和算法。本文重点研究了信息融合技术应用于高压电气设备故障诊断的实现，考虑了融合层次的特点和融合方法的选择，研究了融合算法的实现，并针对高压电气设备温度监测的难点，选取了光纤布拉格光栅（FBG）温度传感器组成分布式监测系统用于监测温度，并将高压电气设备的温变特征和其它电气参数相结合，建立基于信息融合技术的高压电气设备故障诊断模型，用于准确判定高压电气设备的故障类型。同时，为了提高FBG温度传感器对温度的灵敏度和消除应力的影响，以及对中心波长的准确解调，本文还对光纤布拉格光栅温度传感器的增敏封装、中心波长的解调技术和消除中心波长的噪声和量化误差方面做了一定的研究。 针对故障类型的不确定性，本文建立了基于BP神经网络和D—S证据理论的高压电气设备故障诊断模型，将故障点和周围测点的实测温度及与上一时刻的温度差和电压电流电气参数等多源信息进行融合，通过应用实例证明，在故障诊断中采用神经网络和证据理论可以获得对故障类型的精确描述，有效提高故障诊断的精确度和可信度，减小故障诊断的不确定性。 基于BP神经网络和D—S证据理论的高压电气设备故障诊断模型应用MATLAB7.0进行模拟仿真，结果说明了本文提出的方法的可行性，从仿真结果可以证明信息融合模型在高压电气设备故障诊断中具有积极的作用。

4.期刊论文 靳卫国.张小刚.高远 基于光纤传感的高压开关柜温度监测原理与设计 -装备制造技术2009(12)

光纤传感器的出现,为高压电气设备温度监测研究提供了新的思路.采用电测温度探头和光纤传输相结合的方法,利用电传感技术和光纤耦合的高电压绝缘、抗电磁干扰性能强等优点,可实现对高压开关柜温度的实时监测.

5.学位论文 周岩 高压开关柜触头温度在线监测系统研究 2008

高压开关柜故障中很大一部分是由于触头、母线等过热导致绝缘损坏造成的，因此，高压开关柜内过热点温度的实时在线监测，是电力系统安全、可靠运行亟待解决的问题。 由于高压开关柜内部环境复杂，普通的温度监测技术难以满足电力系统的应用要求。光纤温度传感器具有抗电磁干扰、灵敏度高、小型化、重量轻等特点，它的出现为高压电气设备温度监测研究提供了新的思路。本文以KYN28—12（Z）型开关柜为研究对象，对高压开关柜内部温度和电磁环境进行了分析，论证光纤传感和通信技术用于触头温度在线监测系统的可行性。 应用传热学相关理论，建立了触头的传热模型，计算了接触电阻、表面散热系数等参数。采用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics，在额定电流和短路电流两种情况下，仿真计算了触头的温度场分布，得出触指为触头温度监测的最佳位置。分析了光纤温度传感器应用的几个关键问题，包括传感器安装、量程范围是否适用、对触头闭合冲击带来的应变的选择性，证明光纤温度传感器满足触头温度检测的要求。 应用电磁学相关理论，建立了高压开关柜电缆室内的电磁模型，给出了电缆室内电磁场满足的边界条件。应用COMSOL Multiphysics软件，进行了12kV（50Hz）交流电压条件下高压开关柜电磁场分布的数值仿真计算，得到了高压开关柜内电场强度、磁场强度的分布。利用Matlab软件，将电磁强度数据以高斯噪声形式叠加到传感器信号传输线上，并对电缆和光纤两种传输媒质的传输误差进行了对比分析，证明高压开关柜电缆室内电磁场对光纤纤芯内的光信号没有影响，光纤可作为高压开关柜的触头温度在线监测系统的传输媒质。

6.期刊论文 文江林.潘晓苏.林应文.WEN Jiang-lin.PAN Xiao-su.LIN Ying-wen 基于光纤荧光的电力设备温升在线监测系统研究 -沈阳工业大学学报2005,27(4)

电气设备温度的在线实时监测问题已日益受到广泛重视.由于测温场合条件特殊,给温度测量造成一些实际的困难,在寻求温度传感器的其他替代手段的所有研究活动中,荧光光纤温度传感器以其抗电磁干扰能力强、体积小、耐高压、耐腐蚀等优点正日益受到重视.介绍了高压电气设备温升在线监测应用研究现状及两种国外基于光纤的温度监测系统.重点介绍了新设计的一种基于光纤荧光的多路温度在线监测系统,详细分析了其工作原理并介绍了该装置的总体结构,通过实验给出了其技术指标.

7.学位论文 李影 光纤传感用于高压接点在线监测的基础理论研究 2002

在高压电气设备的故障中,发热造成停电的问题,时有发生.因此,对高压电气设备实施在线温度监测已成为电力系统中电气设备安全运行所急需解决的问题.该文针对当前电力系统的实际情况及需要提出了一种简单可行的测温新方法:位移—光强度调制型光纤温度传感器,并对传感头的结构进行了设计,对其材料进行了选取,实验结果表明,该方案是可行的.由于此测量方法中所用的测温元件是全绝缘、小尺寸的光纤温度传感器,因此其具有不受电磁干扰、安全可靠、结构简单、成本低、安装方便等优点.

1.孙亚芬 高压电路设备防凝露控制的研究[期刊论文]-自动化技术与应用 2009(4)2.孙正来.孙鸣 高压开关柜温度在线监测技术研究[期刊论文]-电力信息化 2008(06)

3.贾丹平.周立猛.伞宏力.林应文 高压电器过热故障的早期诊断系统[期刊论文]-计量学报 2007(z1)

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