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高压开关柜温升自动巡检仪的设计

2021-05-27

电力系统中高压开关柜等高压设备的母线在载流过大时经常出现温升过高,而使相邻的绝缘部件性能劣化,甚至击穿而造成事故。据统计,电力系统发生事故原因中有相当一部分与热问题有关。因此,高压设备在出厂前都必须经过严格的温升测试,以保证在大电流下,不超过安全温升值。目前大多数厂家都是将热电偶热端贴在母线排上,冷端接入电桥,通过调节电桥平衡读出平衡值,然后与分度表进行比对得出温升,这种方法人为误差大,且繁琐、劳动强度大,效率低。另外一种方法是采用数字温度传感器如DS18B20,但这类器件体积较大,不容易埋入母线排中。本研究设计的高压开关柜温升自动巡检仪,能对高压设备母线出厂前的温升实验进行检测,一次可测48处温升值,方便可靠。并通过RS232与计算机连接,可以在需要的情况下将温升测试报告生成Excel文件并打印出来,极大提高了测试效率。1硬件解决方案本装置的硬件部分由母线温度测量、A/D数据转换、单片机控制显示以及与计算机通信4个部分组成。母线温度测量部分由T型热电偶和隔离热电偶变送器组成。A/D转换采用TI公司的12位串行模/数转换器TLC2543,以保证测量精度。显示部分用4004型LCD,一屏可显示16点温升值,通过按键翻屏,可读出48点温升值。主控制芯片为ATMEL公司生产的AT89S52,应用RS232协议与计算机通信。系统框图如图1所示。图1系统框图1.1母线温升测量图2热电偶示意图热电偶是将两种不同成分的均质导体构成回路,如图2所示。直接测温端叫测温端,接线端叫参比端,当两端存在温差时,就会在回路中产生电流,那么两端之间就会存在Seebeck热电势,即塞贝克效应。热电势的大小只与热电偶导体材质以及两端温差有关,与热电偶导体的长度、直径无关。热电偶具有结构简单、使用方便、承受热、机械冲击能力强以及响应速度快等特点。根据不同的材料组成,热电偶有很多型号,本装置采用常见的T型热电偶[1],其测温范围在-200~350,热电特性线性度好,满足测量要求。图3隔离热电偶变送器由于热电势是非常微弱的,而被测对象母线电流常在2000A左右,干扰极大,常常会淹没温度信号,因此须应用隔离放大器。本设计采用深圳诺顺科技有限公司生产的RS-3012-32D1型T型热电偶变送器[2],如图3所示。输出信号为0~5V;精度等级为0.2级(FSR%);隔离耐压为2500VDC(0.5mA,60S),满足本设计的要求。1.2通道地址分布本装置要测量48点的温升值,一片A/D转换器通道显然不够,如果用多片则造成浪费,所以这里应用3片CD4067模拟开关。CD4067是数字控制模拟开关,具有低导通阻抗,低截止漏电流和内部地址译码的特征。另外,在整个输入信号范围内,导通电阻保持相对稳定。CD4067是16通道开关,有4个二进制输入端ABCD和控制端INH,输入任意一个组合可选择一路开关。INH=1时,关闭所有的通道。如图4所示,A8~A11是片内地址,A12~A14是片外地址。如要选中S28,可控制(A14~A12)=(101),(A11~A8)=(1101)即可。图4各通道地址分布1.3A/D转换器TLC2543TLC2543是TI公司的12位串行模/数转换器[3],使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换,转换时间只需10s,采样率为66Kbps,线性误差1LSBmax。由于是串行输入结构,能够节省51系列单片机I/O资源;且价格适中、分辨率较高,因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。引脚排列图如图5所示,外部接线图如图6所示。

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