供用电技术毕业论文：关于高压开关柜温度测量毕业设计

1、基于热电堆的高压开关柜接点温度测量装置的设计学 生 姓 名： 夏婷婷 学 号： 3091232217 专 业 班 级： 09供用电技术（2）班 指 导 教 师： 李培江 摘 要高压开关柜作为电力系统中非常重要的电气设备。现代电力系统对电能质量的要求越来越高，相应地对高压开关柜的可靠性也提出了更高的要求。随着电网的发展和设备技术的提高，10，35kV系统开关柜在电网中已大量使用。而开关柜的内部过热现象已成为开关柜使用中的常见问题，由于开关柜体的密闭性，在一些负荷较重的地区，存在开关柜的温升超标问题。开关柜的温升超标，直接影响设备的安全稳定运行，而且，过热问题是一个不断发展的过程，如果不加以控制，

2、过热程度会不断加剧，并对绝缘件的性能及设备寿命产生很大的影响。目前，对电力系统内部使用的开关柜，严格遵守设备采购程序及技术政策，确保入网的开关柜都通过型式试验，尤其对温升的要求比较严格。运行中，负荷通常都不会达到开关柜的设计满容量，开关柜的温升问题应该不会很突出，但是实际情况并不尽然。开关柜内部实际温升情况，尤其是母排连接等部位，通常总是比型式试验测出的数据高。就会影响设备的正常运行与维护，所以本次论文研究利用非接触式的热电堆的高压开关柜接点温度测量装置的设计。热电堆是一种热释红外线传感器，它是由热电偶构成的一种器件，利用这种原理来实现测量温度。关键词：热电堆；高压开关柜；温度测量 目 录摘

3、要I第一章 绪 论- 1 -1.1 概述- 1 -1.2 研究背景与意义- 1 -1.3 课题的主要研究内容- 2 -第二章 热电堆式测量高压开关柜接点温度测量装置结构- 3 -2.1 测量高压开关柜接点温度装置的结构- 3 -2.2热电堆的工作原理- 3 -2.3测量温度的方式- 5 -第三章 热电堆测量温度装置的电路结构与特点- 7 -3.1热电堆测量高压开关柜接点温度装置的特点- 8 -3.2测量温度装置的功能介绍- 10 -第四章 热电堆测量温度装置的工作流程- 12 -4.1温度采集的流程- 12 -第五章 热电堆测量温度装置的实际应用- 15 -5.1实际应用领域- 16 -结 论

4、- 17 -致 谢- 20 -参 考 文 献- 21 -第一章 绪 论1.1 概述随着我国经济的快速增长,电力需求量日益增加,电力供应量的持续快速增长给电网设备带来一系列安全问题,而电网设备主要集中在变电站,其中开关柜作为变电站的重要电气设备,担负着关合及断开电力线路、保护系统安全的双重作用,对变电站的安全可靠运行起着举足轻重的地位。近年来,在电厂和变电站中,由于开关柜触头过热已发生多起事故,造成火灾和大面积的停电,因此解决开关柜触头过热问题是杜绝此类事故发生的重要手段。由于高压开关触头处于高电压、大电流、强磁场以及极强的电磁干扰环境中,人工巡查测温困难,且无法使用常规的测温方法对温度进行监测

5、。光纤光栅传感器的发展为高压开关柜内的温度监测提供了可能。因此,建立一套完善的变电站实时在线温度监测系统势在必行。本课题来源于日照五莲向阳站实时在线温度监测系统项目。在分析了当前变电站温度监测的现状以及系统的需求分析之后,设计并开发了基于光纤光栅传感器测温方法的实时在线温度监测系统。系统工作流程：底端数据采集模块将采集到的数据保存到数据库中,现场监测层首先从数据库中取得数据,然后进行相应处理,包括实时显示、报警以及历史查询等操作,并按照循环式远动规约CDT将实时测量温度及报警数值打包为遥测遥信上行传送到远程控制室中,及下行命令实现远程对时等操作。满足了变电站与调度部门对信息的实时性、可靠性的要

6、求,真正实现实时在线温度监测。数据库系统设计是系统设计的基础且重点部分。频繁的插入、查询等操作,给数据库的可靠性、实时性等性能带来严峻的考验,并直接影响整个系统的运行情况。因此,本系统选用数据库,首先对数据库进行结构设计,并着重分析了数据库性能优化问题,使数据库达到最高性能。本文详细介绍了非接触式的热电堆测量高压开关柜接点温度装置的设计,主要包括软件平台的搭建以及各个功能模块的具体设计与实现。采用开发出了良好的人机交互界面,主要包括：各测点的实时刷新模块、用户管理配置模块、实时列表实时曲线模块、历史列表历史曲线模块、报表打印模块、报警模块以及CDT远动通信模块等。适用于无人值守的变电站温度监测

7、。目前,系统已投入使用,而且运行良好。本系统实时在线监测温度变化情况,并可预测温度的变化趋势,把事故消灭在萌芽中,对保证设备安全可靠运行具有十分重要的现实意义。1.2 研究背景与意义 发电厂、变电站的高压开关柜是重要的电器设备。设备在长期运行过程中，开关柜中断路器的触点因老化或接触电阻过大而发热，而这些发热部位的温度采用常规方法将无法监测，如果不能实时监测这些发热部位的温度并采取措施，最终将会导致火灾事故的发生。近年来，在电厂和变电站已发生多起开关柜过热事故，造成火灾和大面积的停电事故，高压开关柜中发热点温度的实时监测是杜绝此类事故发生的关键。通过监测开关柜内触点温度的运行情况，可有效防止开关

8、柜的事故发生，但由于高压开关柜内狭小的结构及高电压的存在，采用人工巡查测温是无法实现的，新型开关柜母线都加防护套，即使用红外测温枪，从观察窗也无法测温。因此进行温度在线监测是保证高压开关柜安全运行的重要手段。由于高压开关触头处于高电压、高温度、强磁场以及极强的电磁干扰环境中，要对触头测温，必须解决电子测量装置在上述恶劣环境条件下的适应性。目前测温工作方式基本上采用被动式测温或主动式测温两种形式。1.3 课题的主要研究内容本研究课题通过深入分析热电堆的高压开关柜温度测量装置的工作原理，对温度测量装置的应用及发展趋势进行了分析。结合温度测量装置的实际情况，从系统结构、特点、功能、设计开发的思想、方

9、法及各子系统的应用等方面进行详细研究，并对系统应用前后的实施效果进行比较，提出存在的问题和整改建议，为系统的进一步完善提供可行性意见。第二章 热电堆式测量高压开关柜接点温度测量装置结构2.1 测量高压开关柜接点温度装置的结构测量温度主要决定于热端和冷端温度差所产生的热电势，如此虽然热端所处的温度保持恒定不变，但由于冷端产生不规则的温度改变，则所测得的温度值也就成为一原理知道，一热电偶的测量温度主要决定于热端和冷端温度所产生的热电势，如此虽然热端变数，或不能代表被测处的实际温度。现代社会对电能的依赖性极高，用电密度越大的地区对电的依赖性越高，因而对供电设备的可靠性提出了越来越高的要求。做为目前普

10、遍使用的小车式开关柜由于断路器与开关柜之间采用插头联接，当小车与开关柜因制造、运输及安装不良等都将引起触头接触不良，接触电阻增大，出现触头温升过高，甚至烧毁停电，这些现象在大电流开关柜如进线柜上尤为突出，且影响极大。电力系统高压设备在长期运行过程中常出现表面氧化腐蚀、紧固螺栓松动,触点和母线排连接处老化等问题,造成设备过热甚至出现严重事故.设为避免此类事故的发生，开发一种能即时监测触头温升的装置显得非常迫切。下图为硬件结构图。天线CC1000FLASH(AT45D)TMP35Atmega16C8051F020热电堆CP2102USB图2-1温度测量系统的硬件结构框图2.2热电堆的工作原理热电堆

11、的测温结构可解释为，辐射接收面分为若干块，每一块接一个热电偶，把他们串联起来，就构成热电堆。按用途不同，实用的热电堆可以制成细丝型和薄膜型，亦可制成多通道型和真烈性器件。被红外线照射的吸收膜是一种热容量小、温度容易上升的薄膜。在紧靠衬板中央的下部为一空洞结构，这种结构的设计确保了冷端和测温端的温度差。热电偶由多晶硅和铝构成，两者串联连接。当各个热电偶测温端温度上升时，热电偶间就会产生热电动势，因此在输出端就可以获得它们的电压之和。热电现象发现了已经有一个世纪了，但直到近几十年，归功于半导体材料的迅猛发展，才使热电制冷和热电发电走向了实用，从而广泛地应用在社会生活的各个方面，使热电材料与热电技术

12、的研究、发展和应用达到了空前的高峰，解决了很多传统的发电方法难于甚至是无法解决的问题。在国外，半导体电发电已用于浮标灯用电源、石油管道中无人中继站电源和野战携带电源。有应用于偏远无人地区的以天然气为燃料的热电发电机；也有用于汽车柴油机的余热发电机，其正常运行时的功率已经达到了1kW；特别值得一提的是在宇宙航行器上应用的碲化铅半导体热电发电机（以放射性同位素为热源）的效率已达到70%。热电发电适应于广泛的热源温度，没有旋转机械，在合适的温度范围内，可以保持长的运行寿命。如下图所示几种热电堆实例图： 图2-2双、三单元热电堆传感器 图2-3热电堆队列 图2-4热电堆模块因此，它开辟了发电技术的一个

13、崭新的分支，解决了许多特殊场合的发电问题，必然具有广阔的应用前景。在西安交通大学制冷与低温工程研究所的温差实验台上对半导体热电堆的复现性进行了实验研究，并以此为基础进而对半导体热电堆的串并联性质做了实验研究；然后对热电堆的各项性能指标进行了有限差分的数值计算，最后对计算值和实验值作了详细的对比，为热电堆的串并联提供了理论和实验的依据，为热电发电的实用化奠定了基础。热电堆传感器是直接感应热辐射，提供完善的遥控测温装置，无需任何铜制品。珀金埃尔默的专利和改进性硅片的显微机械加工技术的融合，产生的了新一代的器件：超稳定性，非常低的灵敏度的温度系数，和光电参数的高重复性。热电堆传感器在遥控温度感应系统

14、方面造价很低，无需制冷，可达±1°C 的精度，这要是测量量程而定。对于窄的温度范围，作为体温计来说，精度达到±1°C 是可能的。单元热电堆传感器：系列提供不同的尺寸和封装形式，还有各式的窗体可带或不带硅透镜，可以适用于任何一个可遥控测温的实际领域。双、三元热电堆传感器：TPL系列珀金埃尔默的热电堆传感器有两个或四个通道，每个中都可以配有红外频段滤波器。其主要用于气体探测，通过对IR 的吸收。主要用于探测的气体为CO2，氢气和CO。热电堆模块： TPL系列为了方便使用，珀金埃尔默的热电堆传感器提供了带有单元热电堆传感器和完整电路的模块，这是放大和与室温比较

15、所必需的。这种模块有全面校准和实时工作的功能，有不同的温度和光学范围。大部分的模块是用户订制的。热电堆线性和矩阵队列：TPL系列最新的珀金埃尔默热电堆传感器技术特性已经超出了试验阶段。新的TPA（矩阵队列）和TPL（线性队列）系列具有多元热电堆队列，还有光学透镜、放大器和界面电子，压缩与TO-39 型封装内。它结合了固态和无断路温度测量方式，无需实时校正。热电堆的复现性是指，在相同的外界环境下（包括冷、热端温度，环境温度等），热电堆表现出相同的热电性能的性质。热电堆的复现性对于热电发电的实验和理论研究具有重要的意义：1）对于复现性好的热电堆，我们可以根据2 块热电堆串并联的性质来预测多块的串并

16、联的热电发电系统的热电性能，从而节约了实验成本；2）在实验测量时可以按照对称的原则大大减少实验测量工作量；3）热电堆的复现性从一个侧面也反应了大批量生产中批量生产质量的好坏。2.3测量温度的方式高压开关柜温度过高的原因：(1)试验测得数据通常在试验室完成，持续时间不长，一般不超过8h，不具备温升累积效应，不能等同于长期运行并持续发热的设备。(2)不同金属的膨胀效应不同。钢制螺栓的金属膨胀系数要比铜质、铝质母线小得多，尤其是螺栓型设备接头，在运行中随着负荷电流及温度的变化，其铝或铜与铁的膨胀和收缩程度将有差异而产生蠕变，也就是金属在应力的作用下缓慢的塑性变形，蠕变的过程还与接头处的温度有很大的关

17、系。（3）连接部位紧固螺栓压力不当。部分安装或检修人员在导体连接上认为连接螺栓拧得愈紧愈好，其实不然。(4)选用的导体材料电导率不满足要求，多数属于导体原材料纯度不够。为避免此类事故的发生，开发一种能即时监测触头温升的装置显得非常迫切。几种测温方式：(1)普通测温常规的热电偶、热电阻、半导体温度传感器等测温方式，需要金属导线传输信号，绝缘性能不能保证。(2)红外测温红外成像仪无法透过柜门测量内部设备，开关柜运行时必须关闭柜门，导致红外方式无法测量。(3)光纤测温光纤式温度测温仪采用光纤传递信号，其温度传感器安装在带电物体的表面，测温仪与温度传感器间用光纤连接。 第三章 热电堆测量温度装置的电路

18、结构与特点3.1热电堆式测量温度装置的电路结构可根据测量温度高低来选择，尽量选用贱金属型热电偶，以降低成本。如铁康铜型热电偶，被测温度范围可达-1001 100，冷端补偿采用补偿电桥法，采用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。不平衡电桥由电阻R1、R2、R3（锰铜丝绕制）、R（铜丝绕制）四桥臂和桥路稳压源组成，串联在热电偶回路中。R与热电偶冷端同处于±0,而R1=R2=R3=1，桥路电源电压为4V，由稳压电源供电，Rs为限流电阻，其阻值因热电偶不同而不同，电桥通常取在20时平衡，这时电桥的四个桥臂电阻R1=R2=R3=R，a、b端无输出。当冷端温度偏离

19、20时，例如升高时，R增大，而热电偶的热电势却随着冷端温度的升高而减小。U与热电势减小量相等，U与热电势迭加后输出电势则保持不变，从而达到了冷端补偿的自动完成。实际电路中，从热电偶输出的信号最多不过几十毫伏（<30mV），且其中包含工频、静电和磁偶合等共模干扰，对这种电路放大就需要放大电路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗，因此宜采用测量放大电路。测量放大器又称数据放大器、仪表放大器和桥路放大器，它的输入阻抗高，易于与各种信号源匹配，而它的输入失调电压和输入失调电流及输入偏置电流小，并且温漂较小。由于时间温漂小，因而测量放大器的稳定性好。由三运放组成测量放大器，差动输入端

20、R1和R2分别接到A1和A2的同相端。输入阻抗很高，采用对称电路结构，而且被测信号直接加到输入端，从而保证了较强的抑制共模信号的能力。A3实际上是一差动跟随器，其增益近似为1。测量放大器的放大倍数为：AV=V0/（V2-V1），AV=Rf/R1+(Rf1+Rf2)/RW。在此电路中，只要运放A1和A2性能对称(主要指输入阻抗和电压增益)，其漂移将大大减小，具有高输入阻抗和共模抑制比，对微小的差模电压很敏感，适宜于测量远距离传输过来的信号，因而十分易于与微小输出的传感器配合使用。RW是用来调整放大倍数的外接电阻，在此用多圈电位器。下面列举两例电路结构图，如下图所示：图3-1 热电堆式传感器电路图

21、图3-2 热电堆式传感器的电路图3.2热电堆测量高压开关柜接点温度装置的特点热电堆传感器是直接感应热辐射，提供完善的遥控测温装置，无需任何铜制品。珀金埃尔默的专利和改进性硅片的显微机械加工技术的融合，产生的了新一代的器件：超稳定性，非常低的灵敏度的温度系数，和光电参数的高重复性。热电堆传感器在遥控温度感应系统方面造价很低，无需制冷，可达±1°C 的精度，这要是测量量程而定。对于窄的温度范围，作为体温计来说，精度达到±1°C 是可能的。单元热电堆传感器：TPS 系列提供不同的尺寸和封装形式，还有各式的窗体可带或不带硅透镜，可以适用于任何一个可遥控测温的实际

22、领域。双、三元热电堆传感器：TPS2、TPS4 系列珀金埃尔默的热电堆传感器有两个或四个通道，每个中都可以配有红外频段滤波器。其主要用于气体探测，通过对IR 的吸收。主要用于探测的气体为CO2，氢气和CO。热电堆模块：TPM 系列为了方便使用，珀金埃尔默的热电堆传感器提供了带有单元热电堆传感器和完整电路的模块，这是放大和与室温比较所必需的。这种模块有全面校准和实时工作的功能，有不同的温度和光学范围。大部分的模块是用户订制的热电堆线性和矩阵队列：TPL, TPA 系列最新的珀金埃尔默热电堆传感器技术特性已经超出了试验阶段。新的TPA（矩阵队列）和TPL（线性队列）系列具有多元热电堆队列，还有光学

23、透镜、放大器和界面电子，压缩与TO-39 型封装内。它结合了固态和无断路温度测量方式，无需实时校正。热电堆探测器是根据塞贝克效应设计而成的，所以，热电堆应由热电势差别大的材料组成热偶对，同时，热偶对必须放在接收辐射能量时会产生高温差r的结构上，为了增加输出电压，采用多个热偶对串联而成。理想热电偶探测器设计要考虑如下3个主要因素”J：热电堆的响应率表述为：当辐射垂直入射到器件响应面时，器件开路输出电压与入射功率之比，由定义可以推导出响应率与相关参数的关系式式中为热偶对的对数；d。为热偶对的温差电动势率(即塞贝克系数)；8为吸收系数；A。为热结吸收辐射的面积；A。为黑体辐射的面积；尺，为器件热结区

24、到冷结区的热阻。由式(1)可知，在A。与A。之比一定时，R，与，v，R，占成正比。1)硅片处理硅片晶向(100)，电阻率为l0一15Q，经过双面抛光加工，硅片厚度为(500±10)恤m。为保证期器件质量，硅片晶向和抛光表面必须严格控制，然后，通过热氧化生长si02绝缘层。2)热电堆形成上经过光刻、蒸发等半导体集成电路工艺形成热电堆。扩硼掺杂，使其具有一定的面电阻，光刻、等离子刻蚀形成多晶硅条，作为组成热电偶的一种组分。正面蒸铝3000 -10m，去胶真空蒸铝，光刻铝条，接着，60浓硫酸腐蚀成形，形成多晶硅与铝的热偶对结构。3)硅膜制备利用各向异性腐蚀剂对硅片不同晶向的腐蚀速率差别，可

25、以制作一定形状的硅片。光刻硅片背后腐蚀窗口，正面涂胶保护，湿法腐蚀氧化硅，对于硅片晶向与腐蚀速率的关系为(i00)面>(110)面>(111)面。用各向异性腐蚀剂MAH(四甲基氢氧化氨)或KOH在一定温度下对硅进行腐蚀，得到倒金字塔结构，在顶部留下层硅膜厚约5000 一10m。4)吸收区制备为增强辐射吸收，在热结区要求涂黑。目前，有很多方法制作黑体物质，如，铝黑、铋黑、金黑、纳米碳管等，并且，在冷端覆盖绝热层，降低和稳定冷端温度，以提高热电堆的探测率。下图为探测器实例图。图3-3探测器感应单元截面图3.3测量温度装置的功能介绍由热电堆设计的温度测量装置实现了简单，操作容易等功能。目

26、前也在耳式体温计、放射温度计、电烤炉、食品检测领域中，作为温度检测器件获得了广泛的应用。由于高压开关柜工作中产生大量的热，温度过高对仪器的使用产生很大的影响，甚至会损坏仪器，这就需要对高压开关柜的接点温度进行实时测量，本次研究课题采用的非接触热电堆式测量高压开关柜接点温度。可以实时监测仪器的温度以及做出措施。热电现象发现了已经有一个世纪了，但直到近几十年，归功于半导体材料的迅猛发展，才使热电制冷和电发电走向了实用，从而广泛地应用在社会生活的各个方面，使热电材料与热电技术的研究、发展和应用到了空前的高峰，解决了很多传统的发电方法难于甚至是无法解决的问题。在国外，半导体热电发电已用于浮标灯用电源、

27、石油管道中无人中继站电源和野战携带电源。有应用于偏远无人地区的以天然气为燃料的热电发电机；也有用于汽车柴油机的余热发电机，其正常运行时的功率已经达到了1kW；特别值得一提的是在宇宙航行器上应用的碲化铅半导体热电发电机（以放射性同位素为热源）的效率已达到70%。热电发电适应于广泛的热源温度，没有旋转机械，在合适的温度范围内，可以保持很长的运行寿命。因此，它开辟了发电技术的一个崭新的分支，解决了许多特殊场合的发电问题，必然具有广阔的应用前景。实验用热电堆的半导体材料为目前许多国家在较低热源温度发电时所采用的铋碲锑合金，它们的一些性质。1）测试类型：P 型：（70 75）%（分子）Sb2Te3 +（

28、25 30）%（分子）Bi2Te3 + P 型杂质；N 型：（90 93）%（分子）Bi2Te3 +（7 10）%（分子）Bi2Se3 + 复合杂质。热电堆尺寸为：50mm × 50mm × 5mm，包括127对半导体热电偶（臂），两面采用氧化铍陶瓷片（氧化铍是一种极好的导热绝缘体，即使在极高的温度下，其热导率也是氧化铝的4 倍），热电偶由铜汇流片串联起来。流冷却，热端由电加热器送风，使热端保持一定的温度。2）测试系统：串连或并联的热电堆接入一闭合回路中，该回路中包括一个可变电阻箱，精密数字电流表，数字电压表；在热电堆的冷、热端分别贴有三支铜-康铜测温热电偶，取其平均值作为

29、冷、热端的温度；微机控制的温度数据采集系统。第四章 热电堆测量温度装置的工作流程4.1温度采集的流程根据DS18B20 的通讯协议, 主机控制DS18B20完成温度转换必须经过以下三个步骤:1) 启动转换:主机发出复位信号等待器件的响应信号主机发出跳过ROM命令主机发出温度转换命令. 2) 等待转换完成:根据不同转换精度,DS18B20所需转换时间是不同的,在12位精度时,所需转换时间至多750ms. 3) 读温度数据:主机发出复位信号等待器件的响应信号主机发出跳过ROM命令发出读温度命令读低8位,读高8位.温度初始化：温度初始化时序如下图所示. 主机总线t0 时刻发送一复位脉冲(最短为480

30、 s的低电平信号) ,接着在t1 时刻释放总线并进入接收状态,DS18B20在检测到总线的上升沿之后,等待1560 s,接着DS18B20在t2 时刻发出存在脉冲(低电平,持续60240 s) ,如下图中虚线所示.图4-1初始化时序技术特点分析：实时监测高压开关柜内接点的运行温度, 可确定触点接头处的过热程度, 当发生超温时, 系统就会发出报警指示。温度传感器被安装到开关柜内的带电触头上, 测温通信终端负责收集开关柜内所安装的温度传感探头的温度数据, 并将所收集的数据通过MODBUS总线网络传到上位管理机, 通过上位计算机中的软件对所接收到的温度数据进行分析, 发现超过警戒的温度或探头故障则即

31、时报警。采用先进的数字化及无线传输技术, 独特的绝缘性能, 使用方便经济。无线传感器内部经过特殊工艺处理, 温度参数变化通过无线传输方式到测温通信终端。接收到的温度信号准确可靠。无论是安装、运行、维修都会高度安全、可靠。不会对一次设备产生任何干扰和影响。标准化设计, 可方便扩展与其它系统互连, 费用低廉, 安装灵活。其中少不了采集过程，下图为数据采集模块电路。图4-2数据采集模块电路从温度信息采集到数据处理、显示、通信自成系统, 可与电力系统综合自动化系统相连接, 也可和电力系统的局域网、广域网相连接, 融入电力自动化综合控制系统。 在软件设计上应用数字编码、解码技术，剔除干扰信号，并使用了软

32、件滤波技术，如以下几点：1）在硬件上采用金属屏蔽，加强各级滤波消除高频干扰。检测器与测温点处于同一电位，减 少电场的影响。2）采用ZIGBEE 无线技术。ZIGBEE 是一种搞可靠地无线通信方式：3）供电方式：为消除强电场的影响，温度检测器与测温点处同一高电位，检测器工作电源不能从外部供给，只能由内部产生。为此，在主导电回路上安装一感应线圈作为电源。但由于开关柜工作电流变化很大，一般可达十几倍，为保证感应线圈能提供较为稳定的电源，利用铁芯磁饱和原理，适当选择铁芯截面，小电流时铁芯正常励磁，大电流时铁芯饱和，从而提供了变化幅度较小的电源，再通过电子稳压装置，向检测器提供稳定可靠的电源（正常工作范

33、围30A-2000A）。4）每个温度探头具有唯一的ID：当无线传感器发送被监测点温度的同时，把其自身的编号（ID 号）也传输出来，这些数据最终被传输到计算机时，计算机根据事先在数据库中保存的传感器编号与安装地点关系，自动确定各监测点的温度。这一特点非常适合变电站具有大量监测点的应用，提高了系统的自动化程度，减轻了人工测温时的繁琐手工记录工作。5）每天24 小时连续在线监测传感器每隔一定时间（可以事先设定）主动及轮寻测量监测点的温度数据，计算机实时收集并记录所有监测点的温度数据，发现异常立即报警。解决了试温片、红外等测温方法需要人工到现场巡视、扫描造成延误而引起的故障。6）系统具有趋势分析功能对

34、每个监测点测得的温度数据作长时间保存记录，并实时进行分析。对温度变化呈现逐步升高的监测点，在温度没有达到上限值之前，事先进行预警，把故障消除在萌芽状态。下图为温度测量流程图。图4-3温度测量转换子程序流程图 图4-4温度测量子程序流程图第五章 热电堆测量温度装置的实际应用5.1 温度测量装置情况与效果在工业控制的很多领域,温度监控普遍是利用热敏电阻组成的测温电路,经过A /D 与D /A转换后实现测温,但是由于热敏电阻的不稳定性,导致测温易受外界干扰、且精度不高. DS18B20数字温度传感器是美国DALLAS半导体公司生产的最新可组网、单线数字式温度传感器,它将温度传感器、A /D传感器、寄

35、存器、接口电路集成在一个芯片中,采用12W ire总线协议,外观与普通塑封晶体管极为相似,可实现直接数字化输出、测试.利用单片机对温度控制,具有控温精度高、功能强、体积小、价格低、简单灵活等优点. 广泛应用于环境控制,建筑物、设备或机械内的温度检测,以及食品库、粮库、冷库等需要控制温度的地方。由于开关柜中的母线处于高压电位，每相对地和不同相之间都存在很高的电压，且结构狭小，无法进行人工巡查测温，所以直接检测高压母线温度一直是电力系统检测中的一个难题。现有的测温系统根据数据传输方式有三类：普通电缆，光纤和无线传输。对于电力母线接点、高压电缆接头等，网点数多，电压高，电磁干扰强。普通电缆显然是不行

36、的。光纤式温度在线监测装置，一般是采用光纤传导信号，不受高压和环境的干扰。缺点是光纤具有易折、易断、不耐高温的特点，并且布线难度较大，比较昂贵。基于这些可以使用无线传输，高压电会产生很强的电磁场，对无线电波干扰很大，需要选择适当频率的无线网络，另外测温设备要用电池供电，测温设备必须低功耗，工作时间长。体积小，易安装。发电厂、变电站的高压开关柜中的母线众多。网络传感器需要大量分布，监控数据量大以及实时性要好等特点。Zig网络采用片状和网状网络结构，最多可组成 65000个节点的大网，可以满足网络传感器节点的需求，但在 Zig协调器（主节点）与 Zig路由， Zig网关之间的线路传输的数据量大，而

37、速率最高仅为250kbps，满足不了该系统要求。并且 Zig网络采用CSMACA的媒质访问控制机制、确认帧的应答方式和 CRC-16 ITU的校验机制。所有节点在一个网络中，那么冲突域很大，影响传输效果。 为提高骨干网的传输效率，减小无线网络传输信号碰撞，缩短延时时间，更有利于提高数据传输效率，方便系统管理与维护。在设计该系统时对网络做了两点改进： 在电力母线测温系统中，传感器节点安装后，需要持续工作很长时间，高能量电池的选择是必要的，但节点的节能是一个更加重要的问题。降低温度采集器的能耗，主要通过选择低功耗芯片，减少芯片工作时间：采用内部集成符合 IEEE802.15.4标准的 2.4GHz

38、的射频 (RF)收发器的CC2430无线单片机和数字温度传感器 DB18B20芯片，可满足传感器网络对低功耗的要求；CPU以最快的速度执行任务，然后进入休眠模式，通过中断唤醒单片机和射频收发器。设计 Zig通信协议栈，各层均实现节能机制，降低节点的能耗，尽量降低信号的发射功率。信号发射功率的降低会导致发送节点的功耗下降，进入休眠模式。5.2实际应用领域热电堆温度表由配套热电偶、外壳和核心测量电路等组成，其核心电路由三大部分组成：(1)测量放大电路；(2)A/D转换电路；(3)显示电路。一般用单片机作为信号处理和控制的核心，市场上常见的热电偶测温表。若对电路稍作改进也可变成温度控制器或兼具温度控制与报警双重功能。采用热电堆式测量高压开关柜接点温度的方式也应用于各种场合，各种工业化领域，起着非常重要的作用。如：发电厂、变电站、化工厂、等等相