摘　要　针对目前电气设备温度监测所遇到的实际问题，研究了一种单片微机测温技术，并较全面地介绍了微机监测系统原理、系统硬件和软件设计。
　　关键词　电气设备　温度监测　单片机　

　　电力系统的安全运行关系到整个国民经济的发展和人民生活的稳定。然而，影响电力系统安全运行的因素很多，其中一个重要方面是电气设备自身的安全运行问题。由于绝大多数的电气设备采用封闭式结构，散热效果差，热积累大，并长期处于高电压、大电流和满负荷运行，其结果造成热量集结加剧，温升直接危害电气设备的电气绝缘。发电厂中的发电机组随着其电压增高和容量增大，解决定子铁心和绕组温升的监测问题就日益突出。同样，对全封闭高压开关电器，也存在着对其开关触头温度的监测问题。特别是当电力系统发生短路故障时，强大的电流使电气设备内部温升加剧，电气绝缘遭到严重破坏，并使电气设备寿命缩短，甚至造成电气设备被烧毁的严重事故。
　　因此，电气设备温度实时监测已成为电力系统中电气设备安全运行急需解决的实际问题。但在实际监测中，必须要求监测对象与监测仪器之间进行电压隔离，同时还要受温度测点位置的限制，以及强电磁场干扰，其测试信号的有效传送也一直是难以妥善解决的问题。虽然国外利用红外热辐射等技术对电气设备做遥感式在线测温，但其结构复杂、价格昂贵，并无法直接解决电气设备内部温度的实时监测问题。本文采用高性能多模石英光纤进行电压隔离，并用光纤传送温度脉冲信号，然后经单片微机进行数据处理、温度显示、越限报警以及控制断路器分闸，实现了电气设备温度的实时监测。

2　监测技术原理

　　电气设备温度的微机监测采用了多路集中监测和巡回温度显示的方法，并分别把超微型半导体热敏元件(MF51)埋设在电气设备内部高温点处，如埋设在大容量发电机的定子铁心齿槽底部和高压开关电器静触头上，提取温度信号，并转换成直流电压信号。该监测系统的信号采集功能由下面这些器件实现。
　　(1)MF51型热敏元件　该元件用热敏系数很大的半导体材料制成，热反应速度快，能将温度转换成电压信号。
　　(2)温度频率转换器　它是由整流电路、稳压电路和电压频率转换电路组成。由MF51型热敏元件提取的温度电压信号经过电压频率转换电路后，将其调制成频带很宽的一系列电压脉冲信号。其信号采样电路中的电源可由发电机定子绕组匝间电压提供，或者与高压电器母线耦合的微型互感器提供。
　　(3)光纤转换器　它由红外发光二极管、硅光敏三极管和长度可达10m多的多模光纤耦合而成。光纤发射端将电压脉冲信号转换成光脉冲信号，由多模光纤传输，光纤接收终端又将光脉冲信号瞬时还原为同一频率的电压脉冲信号。
　　(4)信号调整电路　其功能是把光纤传送过来的温度电压信号，整理成微机能够接收的标准电平信号群。
　　监测系统智能单元由单片微机组成。它实时处理采样信号数据，巡回显示各监测点的温度，温升超限定位声光报警，并打印温度数据变化曲线以及控制保护装置动作。
　　电气设备温度监测技术原理如图1所示。

图1　温度监测技术原理图　

3　系统硬件与软件设计

　　监测系统的智能核心部分是由单片微机系列MCS-51中的8031单片机及其扩展电路构成。
3.1　系统的硬件设计
　　(1)单片微机系统　由一片8031芯片、一片74LS373锁存器、一片4K×8的EPROM(2732)、一片扩展口芯片8155以及与非门逻辑电路构成，是整个监控系统的智能中心。
　　(2)信号采集与转换系统　由MF51型热敏元件、温度频率转换器、光纤转换器和信号调整电路组成，是整个监测系统最为关键的环节。
　　(3)显示与报警控制系统　由若干只LED数码管完成监测点编号和测点温度的巡回显示，并由蜂鸣器和75452高驱动力的与非门芯片构成温度越限报警控制电路。
　　(4)打印输出单元　由8155芯片的PC口控制微型打印机输出温度数据。
3.2　软件程序设计
　　(1)系统初始化模块　完成各功能口、寄存器、外围扩展口的初始状态设置。
　　(2)信号采集模块　主要完成对光电信号采集工作，这些信号均为电压脉冲频率信号，用单片机8031芯片的定时／计数引脚(P3.6)接收标准电平信号。采样过程是在单片微机控制下定时定点进行的，如图2所示。

图2　采样子程序设计框图

　　(3)温度计算模块　根据温度信号采集与转换系统的频率、电压和温度的函数关系，数值插值计算实时温度。
　　(4)温度显示与报警控制模块　其程序设计框图如图3所示。

图3　声光报警控制子程序设计框图

　　(5)打印控制模块。　　
4　实测与总结
　　本文介绍的电气设备温度监测技术主要应用于对发电厂中的大容量高压发电机定子温度和变电站中的高压开关电器触头温度的监测。在四川电器股份有限公司进行现场实测，并采用热电偶测温仪校验，实测结果表明：该电气设备温度监测系统反应速度快，温升越限定位准确，测温精度误差不超过±1℃。
　　另外，在该温度监测系统的实际实施中，要特别注意光纤转换器中光纤耦合质量。光纤与发光二极管耦合质量不合格或者光纤与光敏三极管耦合质量不合格时，轻者影响测温精度，重则无光电信号产生。为了提高测试精度，避免光耦合工艺的影响，最好采用光脉冲信号形式，以某种频率的光脉冲在光纤中传送，不宜采用光的强弱来测温。
　　目前，电气设备非电量的在线实时监测已受到广泛重视，成为电力系统中电气设备安全运行的新课题。本文介绍的电气设备温度监测技术具有较高的可靠性、安全性和经济性，此技术的应用研究对保障电气设备在电力系统中安全运行具有重要的实际工程价值。