電力系統的安全運行關系到整個國民經濟的發展和人民生活的穩定。然而，影響電力系統安全運行的因素很多，其中一個重要方面是電氣設備自身的安全運行問題。由于絕大多數的電氣設備溫度監測采用封閉式結構，散熱效果差，熱積累大，并長期處于高電壓、大電流和滿負荷運行，其結果造成熱量集結加劇，溫升直接危害電氣設備的電氣絕緣。發電廠中的發電機組隨著其電壓增高和容量增大，解決定子鐵心和繞組溫升的監測問題就日益突出。同樣，對全封閉高壓開關電器，也存在著對其開關觸頭溫度的監測問題。特別是當電力系統發生短路故障時，強大的電流使電氣設備內部溫升加劇，電氣絕緣遭到嚴重破壞，并使電氣設備壽命縮短，甚至造成電氣設備被燒毀的嚴重事故。

　　

　　因此，電氣設備溫度實時監測已成為電力系統中電氣設備安全運行急需解決的實際問題。但在實際監測中，必須要求監測對象與監測儀器之間進行電壓隔離，同時還要受溫度測點位置的限制，以及強電磁場干擾，其測試信號的有效傳送也一直是難以妥善解決的問題。雖然國外利用紅外熱輻射等技術對電氣設備做遙感式在線測溫，但其結構復雜、價格昂貴，并無法直接解決電氣設備內部溫度的實時監測問題。本文采用高性能多模石英光纖進行電壓隔離，并用光纖傳送溫度脈沖信號，然后經單片微機進行數據處理、溫度顯示、越限報警以及控制斷路器分閘，實現了電氣設備溫度的實時監測。

　　

　　1、設備溫度監測技術原理

　　

　　電氣設備溫度的微機監測采用了多路集中監測和巡回溫度顯示的方法，并分別把超微型半導體熱敏元件（MF51）埋設在電氣設備內部高溫點處，如埋設在大容量發電機的定子鐵心齒槽底部和高壓開關電器靜觸頭上，提取溫度信號，并轉換成直流電壓信號。該監測系統的信號采集功能由下面這些器件實現。

 

 

設備溫度監測

　　

　　（1）MF51型熱敏元件該元件用熱敏系數很大的半導體材料制成，熱反應速度快，能將溫度轉換成電壓信號。

　　

　　（2）溫度頻率轉換器它是由整流電路、穩壓電路和電壓頻率轉換電路組成。由MF51型熱敏元件提取的溫度電壓信號經過電壓頻率轉換電路后，將其調制成頻帶很寬的一系列電壓脈沖信號。其信號采樣電路中的電源可由發電機定子繞組匝間電壓提供，或者與高壓電器母線耦合的微型互感器提供。

　　

　　（3）光纖轉換器它由紅外發光二極管、硅光敏三極管和長度可達10m多的多模光纖耦合而成。光纖發射端將電壓脈沖信號轉換成光脈沖信號，由多模光纖傳輸，光纖接收終端又將光脈沖信號瞬時還原為同一頻率的電壓脈沖信號。

　　

　　（4）信號調整電路其功能是把光纖傳送過來的溫度電壓信號，整理成微機能夠接收的標準電平信號群。

　　

　　監測系統智能單元由單片微機組成。它實時處理采樣信號數據，巡回顯示各監測點的溫度，溫升超限定位聲光報警，并打印溫度數據變化曲線以及控制保護裝置動作。

　　

　　2、系統硬件與軟件設計

　　

　　監測系統的智能核心部分是由單片微機系列MCS-51中的8031單片機及其擴展電路構成。

　　

　　2.1系統的硬件設計

　　

　　（1）單片微機系統由一片8031芯片、一片74LS373鎖存器、一片4K×8的EPROM（2732）、一片擴展口芯片8155以及與非門邏輯電路構成，是整個監控系統的智能中心。

　　

　　（2）信號采集與轉換系統由MF51型熱敏元件、溫度頻率轉換器、光纖轉換器和信號調整電路組成，是整個監測系統最為關鍵的環節。

　　

　　（3）顯示與報警控制系統由若干只LED數碼管完成監測點編號和測點溫度的巡回顯示，并由蜂鳴器和75452高驅動力的與非門芯片構成溫度越限報警控制電路。

　　

　　（4）打印輸出單元由8155芯片的PC口控制微型打印機輸出溫度數據。

　　

　　2.2軟件程序設計

　　

　　（1）系統初始化模塊完成各功能口、寄存器、外圍擴展口的初始狀態設置。

　　

　　（2）信號采集模塊主要完成對光電信號采集工作，這些信號均為電壓脈沖頻率信號，用單片機8031芯片的定時／計數引腳（P3。6）接收標準電平信號。采樣過程是在單片微機控制下定時定點進行的。

　　

　　（3）溫度計算模塊根據溫度信號采集與轉換系統的頻率、電壓和溫度的函數關系，數值插值計算實時溫度。

　　

　　（4）溫度顯示與報警控制模塊其程序設計框圖。

　　

　　（5）打印控制模塊。

　　

　　3、TPM培訓公司實測與總結

　　

　　電氣設備溫度監測技術主要應用于對發電廠中的大容量高壓發電機定子溫度和變電站中的高壓開關電器觸頭溫度的監測。在四川電器股份有限公司進行現場實測，并采用熱電偶測溫儀校驗，實測結果表明：該電氣設備溫度監測系統反應速度快，溫升越限定位準確，測溫精度誤差不超過±1℃。

　　

　　另外，在該溫度監測系統的實際實施中，要特別注意光纖轉換器中光纖耦合質量。光纖與發光二極管耦合質量不合格或者光纖與光敏三極管耦合質量不合格時，輕者影響測溫精度，重則無光電信號產生。為了提高測試精度，避免光耦合工藝的影響，最好采用光脈沖信號形式，以某種頻率的光脈沖在光纖中傳送，不宜采用光的強弱來測溫。

　　

　　目前，電氣設備溫度監測非電量的在線實時監測已受到廣泛重視，成為電力系統中電氣設備安全運行的新課題。本文介紹的電氣設備溫度監測技術具有較高的可靠性、安全性和經濟性，此技術的應用研究對保障電氣設備在電力系統中安全運行具有重要的實際工程價值。