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          高壓開關柜溫升自動巡檢儀的設計

          2021-05-27

          電力系統中高壓開關柜等高壓設備的母線在載流過大時經常出現溫升過高,而使相鄰的絕緣部件性能劣化,甚至擊穿而造成事故。據統計,電力系統發生事故原因中有相當一部分與熱問題有關。因此,高壓設備在出廠前都必須經過嚴格的溫升測試,以保證在大電流下,不超過安全溫升值。目前大多數廠家都是將熱電偶熱端貼在母線排上,冷端接入電橋,通過調節電橋平衡讀出平衡值,然后與分度表進行比對得出溫升,這種方法人為誤差大,且繁瑣、勞動強度大,效率低。另外一種方法是采用數字溫度傳感器如DS18B20,但這類器件體積較大,不容易埋入母線排中。本研究設計的高壓開關柜溫升自動巡檢儀,能對高壓設備母線出廠前的溫升實驗進行檢測,一次可測48處溫升值,方便可靠。并通過RS232與計算機連接,可以在需要的情況下將溫升測試報告生成Excel文件并打印出來,極大提高了測試效率。1硬件解決方案本裝置的硬件部分由母線溫度測量、A/D數據轉換、單片機控制顯示以及與計算機通信4個部分組成。母線溫度測量部分由T型熱電偶和隔離熱電偶變送器組成。A/D轉換采用TI公司的12位串行模/數轉換器TLC2543,以保證測量精度。顯示部分用4004型LCD,一屏可顯示16點溫升值,通過按鍵翻屏,可讀出48點溫升值。主控制芯片為ATMEL公司生產的AT89S52,應用RS232協議與計算機通信。系統框圖如圖1所示。圖1系統框圖1.1母線溫升測量圖2熱電偶示意圖熱電偶是將兩種不同成分的均質導體構成回路,如圖2所示。直接測溫端叫測溫端,接線端叫參比端,當兩端存在溫差時,就會在回路中產生電流,那么兩端之間就會存在Seebeck熱電勢,即塞貝克效應。熱電勢的大小只與熱電偶導體材質以及兩端溫差有關,與熱電偶導體的長度、直徑無關。熱電偶具有結構簡單、使用方便、承受熱、機械沖擊能力強以及響應速度快等特點。根據不同的材料組成,熱電偶有很多型號,本裝置采用常見的T型熱電偶[1],其測溫范圍在-200~350,熱電特性線性度好,滿足測量要求。圖3隔離熱電偶變送器由于熱電勢是非常微弱的,而被測對象母線電流常在2000A左右,干擾極大,常常會淹沒溫度信號,因此須應用隔離放大器。本設計采用深圳諾順科技有限公司生產的RS-3012-32D1型T型熱電偶變送器[2],如圖3所示。輸出信號為0~5V;精度等級為0.2級(FSR%);隔離耐壓為2500VDC(0.5mA,60S),滿足本設計的要求。1.2通道地址分布本裝置要測量48點的溫升值,一片A/D轉換器通道顯然不夠,如果用多片則造成浪費,所以這里應用3片CD4067模擬開關。CD4067是數字控制模擬開關,具有低導通阻抗,低截止漏電流和內部地址譯碼的特征。另外,在整個輸入信號范圍內,導通電阻保持相對穩定。CD4067是16通道開關,有4個二進制輸入端ABCD和控制端INH,輸入任意一個組合可選擇一路開關。INH=1時,關閉所有的通道。如圖4所示,A8~A11是片內地址,A12~A14是片外地址。如要選中S28,可控制(A14~A12)=(101),(A11~A8)=(1101)即可。圖4各通道地址分布1.3A/D轉換器TLC2543TLC2543是TI公司的12位串行模/數轉換器[3],使用開關電容逐次逼近技術完成A/D轉換,轉換時間只需10s,采樣率為66Kbps,線性誤差1LSBmax。由于是串行輸入結構,能夠節省51系列單片機I/O資源;且價格適中、分辨率較高,因此在儀器儀表中有較為廣泛的應用。引腳排列圖如圖5所示,外部接線圖如圖6所示。

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