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)載電流過大時會出現(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，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(fù)載電流引起的，溫度隨負(fù)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(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(jìn)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(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(fù)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(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，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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(jìn)行計數(shù)，得到T1，T2兩個計數(shù)值，再由單片機進(jìn)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CMOSIC.
b.誤差：由于計數(shù)器工作時低位計數(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.
