分析成套开关设备温度在线检测系统应用.docx

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分析成套开关设备温度在线检测系统应用

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摘要：针对成套开关设备温度在线动态检测的必要性和特点，结合DS18B20数字智能化温度传感器和ZigBee网络，提出了成套开关设备智能化温度检测方案系统采用DS18B20温度传感器采集开关设备易发热部位的温度，并通过ZigBee通信网络将数据传输给集控中心的上位机系统，实现现地与集控中心温度数据的实时显示和运算分析，确保开关设备的安全运行。

关键词：成套开关设备；在线检测；系统应用

引言

针对中高压开关柜温度在线检测这一具体问题，设计了一套应用于母排电连接处的温度监测系统。它采用电流互感器作为温度传感器的前端电源，接触式传感器对母线电连接处温

度进行实时测量，对温度传感器信号采集到的信号采用射频技术进行无线传输，设计了监测单元并对系统进行了集成。解决了传感器环境温度补偿、输出信号线性化，测量装置工作电源的获取和高地电位间的信号的传输等关键技术问题。

在电力系统中，中高压开关柜、GIS等高压电器在负载电流过大时会因温升过高导致电力设备损坏，从而影响整个电力系统的正常工作，甚至造成巨大的经济损失。因此，及时、淮确地测出电力设备关键点的温度对于发现并排除故障具有重大意义。

1.温度传感器的原理

1.1热电偶基本原理

热电偶的测量温度范围较宽，一般为一50-1600℃，最高可达2800℃，并有较好的测量准确度。另外，热电偶已标准化，产品系列化，易于选用。各种热电偶都有相应的分度号，可以用模拟法调整电路或仪表，在上业测温中应用极为广泛。

不同的导体A与B组成两个接点，形成闭合回路。当两个接点温度不同时，由于两种材料自由电子密度不同，电子将由密度高的金属向自由电子密度低的金属扩散，这种扩散一直到动态平衡，从而得到一个新时的稳定的接触电动势。该电势的人小取决于两导体的材料及两接点的温度差，而与两导体的粗细、长短无关。这种现象称为物体的热电效应，两种导体组成的回路称为热电偶，产生的电势称为热电势，热电偶中温度高的一段叫热端（测温端），温度低的一段叫冷端。

从以上可知，热电偶就是两种导体的组合，其上作原理是将测温点的温度变化转换成温差电动势及接触电动势，即电压输出。由于温差电动势比接触电动势人得多，因此热电偶由于热电效应产生的总电动势的方向决定于其温差电动势的方向。由于冷端不可能在实际中保持在0℃，在室温下测定时，要加冷端补偿另外，在实际测量中，热端与冷端之间距离较远时，也需要采用补偿导线。

1.2热电偶的冷端温度补偿及其线性化

由于热电偶传感器自身的特性，在现场监测环境中不可能使冷端温度保持为0℃，而且热电偶产生的温差电动势是非线性的，所以对于它的设计、使用，主要存在两方而的问题冷端温度的补偿和线性化。

1.3冷端温度补偿

在该系统设计中，采用了口前效果最好的集成电路补偿的办法，采用了AD595对热电偶冷端进行了补偿，其具有以下特快①低阻抗电压，温度线性输出。②可零点标定。③校准误差不人于10c0④能在较宽的电压范围内上作。⑤差动输入抑制了热电偶两接线端的共模干扰。⑥低功耗。

补偿原理：为实现10mv/℃线性输出，并进行准确的温度补偿，AD595经过激光修正预调，能在250℃时准确匹配K型热电偶的传输特性。在2500C时，K型热电偶的温度系数为40.44}V/0c，因而AD595的增斋必么南为247.3。

从图1可以看出，它由2个增益为G的放人器，1个高增益放人器A，基准点（零点）补偿器等组成。一般情形下，主放人器输出（引脚9）经由引脚8引至反馈回路，作为其中1只差动放人器（右）的反相端输入。热电偶连接引脚1和14，悬空接入，引至另外1只差动放大器（左）输入进行放人。这两个差动放大器，增益同为G，互相匹配，输入的静态信号近似为零。热电偶输入信号经放人后，与反馈信号（差动放人器反相端引入）经加法电路叠加，丙通过增益为A的主放人器放人，就可输出1个对应的信号。该信号又反馈至差动放人器（右），以避免诸如由于基准电平引起的一系列测量误差。换句话说，该反馈过程保证差分信号近似为零时，反馈至差动放人器（右）的信号可以准确地反映热电偶的输入信号，并在引脚8和9对应输出1个比例电压信号从而实现了温度补偿。

2成套开关设备智能化温度检测系统的功能单位

2.1数字智能化温度传感器

随着传感器技术研究的进一步深入，传统的模拟式温度传感器已逐步向集成一体的数字式温度传感器所取代。数字智能化温度传感器在测量实时性、准确性、电路结构等方面均要优于传统的模拟式温度传感器。山于直接采用数字智能化温度传感器，优化了传统模拟式温度检测系统中电路结构，减少了A/D模/数转换电路及必要的调理电路，数字智能化传感器其数字式输出数字信号u}一以被DSP数据处理单位直接采用，并叮以根据预设功能要求对相关信号进行动态运算分析，形