非接触式电力设备温度监测仪研究与设计.pdf

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1、第36卷第4期东北电力大学学报Vo1．36．No．42016年8月JournalOfNortheastDianliUniversityAug．，2016文章编号：1005—2992(2016)04—0039—04非接触式电力设备温度监测仪研究与设计高金玉，张金波，王鹏宇2，袁林2(1．国网吉林省电力有限公司通化供电公司，吉林通化134001；2．国网吉林省电力有限公司长春供电公司，长春130021)摘要：研发了一种非接触式电气设备多点温度监测的红外测温仪。设计了双轴向运动的承载机构，带动红外测温探头运动；通过红外测温方式对开关柜内的母排、电缆接头的温度进行检测。通过检测承载机构在两个轴向的角位

2、移，实现对预设的测温点进行监测。设计的温度监测仪通过一个非接触式红外探头，实现对一个开关柜内全部电气设备进行温度在线监测。关键词：高压电气设备；温度；在线监测；非接触式中图分类号：TM932文献标识码：A大量的电气设备(如变压器、电力电缆、母排等)，都工作在高电压、大电流的运行环境下。电气设备的温度是反映其运行状态的一个重要指标，在众多的电力设备故障和进而引起的停电事故中，因设备过热导致的事故比重最大¨J。因此，对电气设备进行温度监测，当发现设备运行温度出现异常时，运行人员提前采取相应的预防事故发生的处理措施，将故障隐患提前消除，能够有效防止事故发生。对电气设备的运行温度进行监测是运行人员一直

3、以来从事的重要工作；设计方便、有效的温度监测方法和监测系统，是国内外研究机构和设备制造商一直以来研究的重点。在电力系统中，目前采用的温度监测方法主要有：“测直阻法”、“贴温度标签法”、通过接触式的温度传感器进行电气设备温度测量等方法。随着电压等级的提高，这些方法表现出明显的局限性；特别地，对于封闭式的开关柜，采用这些传统的温度监测配合人工巡查的测温方式非常困难，并且难以及时有效地发现长期运行过程中出现的故障隐患。近年来，红外热成像仪在电力系统中得到了广泛的应用，但其价格昂贵且需要人工操作，不适宜在线监测和自动化控制。本文利用基于红外辐射原理、设计的红外测温仪，研发了一种非接触式电气设备多点温度

4、监测仪。设计了步进电机控制的双轴向运动承载机构，带动红外测温仪在水平和垂直方向运动；通过微处理器对步进电机进行精确控制，并检测其在水平方向和垂直方向运动的角位移，实现对监测的电气设备温度监测。通过设计的温度检测仪，实现一个红外测温仪对开关柜内全部电气设备的温度实时监测。1原理及控制电路设计1．1非接触式红外测温的原理所有温度高于绝对零度的物体都会产生红外辐射，红外辐射的强度与物体的温度有关，温度越高辐射越强。对于“黑体”物质，其吸收和发射的光谱对波长没有选择性，辐射的光谱完全决定于该物体的温度。黑体在不同温度下向外发射的各段波长及其强度与温度呈严格的温度函数，因此，通过测定收稿日期：2016—

5、03—16基金项目：国网吉林省电力有限公司科技发展计划项目(2015—16)作者简介：高金玉(1979一)，男，吉林省通化市人，国家电网吉林省电力有限公司通化供电公司工程师，主要研究方向：输配电运行检修、生产系统安全管理工作．东北电力大学学报第36卷相应波长的辐射强度即可确定物体的温度。一般工程材料的辐射强度曲线和同一温度下绝对黑体的辐射强度曲线相似，但不同的是一般的材料具有一定的发射率和反射率；因为金属的反射率较高，发射率较低，对传感器的测量精度有一定的影响，因此，在进行母排、电缆接头测温时，需要对其表面进行黑体化处理，或通过数字化的修正处理，提高温度监测的精度。1．2温度采集单元设计根据1

6、．1节基本原理制造的红外测温传感器先将物体发射的红外辐射能量收集起来，通过热电堆转换成电信号，对电信号进行数据采集和变换，可以换算得到对应的监测点温度。系统总体结构如图1所示。卜被测红温外度信号AD转微处理器目标—

7、■传感调理—_--换电—_--数据采集与处理电路路器图1温度采集单元总体结构图温度采集系统由红外温度传感器、滤波电路与信号调理电路、A／D转换电路、微处理器单元等组成。红外温度传感器采集由物体发射的红外能量并将其转换成电压信号，通过滤波电路消除干扰信号，经信号调理电路将电压信号变换为适合A／D芯片输入通道的电压；再由A／D转换电路将电压信号转换为数字信号，后送至微处理器电路进行数据

8、处理，得到物体的温度信息。1．3运动机构总体结构设计通过红外温度传感器和数据采集系统，实现了对物体温度的采集。为了利用一个温度传感器监测多个位置电气设备的温度，需要相应的运动机构让温度传感器在水平方向和垂直方向独立运动。设计的运动机构的总体结构和控制电路原理如图2所示。水信喜号检测置l磐蓊嚣l微处理器垂．1垂直方向运动信号检测卜l—．1装置驱动电路图2运动机构控制电路原理运动控制机构由水平方向位置