基于紫外脈沖檢測技術(shù)的電氣設(shè)備放電狀態(tài)檢測裝置研究
2012-12-31 00:00:00易文韜王思穎盧花
【摘要】本裝置針對高壓電氣設(shè)備絕緣降低時會產(chǎn)生電暈放電的特點，采用特定的紫外傳感器，通過傳感器采集日盲區(qū)紫外光輻射產(chǎn)生的光脈沖，對單位時間的有效脈沖信號的數(shù)目進行統(tǒng)計，通過脈沖數(shù)目的大小來判斷電暈放電的強度，將脈沖產(chǎn)生的放電信號送到處理電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再傳入嵌入式微處理器進行分析， 通過3G模塊把數(shù)據(jù)發(fā)送至集控中心，利用GPS定位模塊，準(zhǔn)確地定位電氣設(shè)備所在位置，方便準(zhǔn)確地了解到電氣設(shè)備的絕緣性能，給出故障預(yù)警。
【關(guān)鍵詞】紫外脈沖檢測；電暈放電；3G通訊；在線監(jiān)測
0.引言
隨著電網(wǎng)規(guī)模的迅速擴大和電力需求的日益增加，電力系統(tǒng)電壓等級被迫提高，電氣設(shè)備的絕緣問題也顯得越來越突出。電力設(shè)備由于運轉(zhuǎn)操作、使用年數(shù)、使用頻度及使用環(huán)境等影響，其絕緣材料會逐年發(fā)生裂化，進而發(fā)生設(shè)備故障或電力事故。一旦發(fā)生故障或事故就會引起局部甚至全地區(qū)的停電，給國民經(jīng)濟其他部門的生產(chǎn)和運作造成嚴(yán)重的不良后果。該紫外脈沖監(jiān)測設(shè)備在電氣設(shè)備未停機或者未發(fā)生故障的情況下，檢查電氣設(shè)備的絕緣材料是否有放電現(xiàn)象，隨時對運行中的電氣設(shè)備的絕緣情況進行監(jiān)督，隨時掌握設(shè)備的運行情況。
1.裝置總體設(shè)計方案
該系統(tǒng)是一套基于紫外脈沖監(jiān)測技術(shù)，能用于高壓電氣設(shè)備的非接觸式放電監(jiān)測系統(tǒng)。其總體設(shè)計框圖如下：
圖1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖
裝置主要由以下幾個模塊構(gòu)成：傳感器模塊、信號調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、嵌入式微處理器模塊、存儲器模塊、GPRS無線通訊模塊、液晶顯示及按鍵模塊、聲光報警模塊、GPS定位模塊、電源管理模塊。
系統(tǒng)的工作原理是：本項目利用紫外線傳感器、磁場傳感器、溫濕度傳感器等，分別采集電氣設(shè)備的各參數(shù)信號；繼而用信號調(diào)理模塊處理該信號；隨之經(jīng)過高精度A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；然后將數(shù)據(jù)傳輸至嵌入式微處理器中，進行計算分析，顯示實時測試的數(shù)據(jù)。另外，通過在一些操作按鍵，可以將采集到的數(shù)據(jù)存儲至SD卡，通過3G模塊把數(shù)據(jù)發(fā)送至集控中心，利用GPS定位模塊，準(zhǔn)確知道工作人員及出現(xiàn)故障線路的位置，操作人員可通過液晶顯示和報警系統(tǒng)，方便準(zhǔn)確地了解到電氣設(shè)備的運行狀況。
2.系統(tǒng)傳感器模塊設(shè)計及選型
根據(jù)系統(tǒng)要求，傳感器模塊主要包括以下部分：
2.1紫外光敏管R2868
本模塊的主要作用是檢測電暈放電現(xiàn)象，它可以探測到波長為185nm到200nm的狹窄光源，其實物圖如圖4.1所示。它對可見光完全沒有感應(yīng)，也不需要過濾器任何可見光（不像半導(dǎo)體探測器）。
2.2磁場傳感器HMC1022
本模塊的磁阻傳動機構(gòu)為四臂的惠斯通電橋，將磁場轉(zhuǎn)換成差動輸出的電壓?？蓹z測低至85微高斯的磁場。
2.3 SHT10溫濕度傳感器
SHT10溫濕度傳感器是由瑞士Sensirion公司生產(chǎn)，基于領(lǐng)先世界的CMOSens數(shù)字傳感技術(shù)，具有極高的可靠性和穩(wěn)定性。
2.4電場傳感器
采用寬帶集成光波導(dǎo)電場傳感器，由激光器、保偏光纖、電場傳感器、普通光纖、光探測器組成。
3.系統(tǒng)微處理器及其輔助電路設(shè)計
本系統(tǒng)采用ATmega16作為核心處理器，ATmega16是基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器。本部分包括ATMEGA16單片機、液晶顯示器、蜂鳴器、溫濕度傳感器sht11。單片機通過I2C總線讀取將sht11檢測的溫濕度數(shù)據(jù)，內(nèi)部AD采樣記錄磁場信號，內(nèi)部計數(shù)器記錄脈沖個數(shù)，蜂鳴器用于報警提示。最后將數(shù)據(jù)綜合起來，通過算法判斷絕緣子的損壞情況，將結(jié)果顯示在液晶顯示屏上，并根據(jù)判斷結(jié)果等級發(fā)出不同聲音報警。
4.紫外脈沖檢測電路
本部分是整個系統(tǒng)的核心部分，其設(shè)計的電路圖如圖2所示，這部分電路主要包含升壓電路及脈沖信號處理電路。
4.1升壓電路
本部分電路由電阻R19，電容C19、C20，二極管D6、D5，NPN三極管Q4、升壓變壓器H-01組成。觸發(fā)口連至單片機D4引腳。單片機產(chǎn)生40HZ、35%占空比的PWM波，通過開關(guān)三極管在H-01的一次側(cè)產(chǎn)生交變的電流并在鐵芯中產(chǎn)生交變磁場，H-01的二次側(cè)感應(yīng)出交變電壓，從而將5V電壓轉(zhuǎn)換成幅值達250V尖脈沖電壓，驅(qū)動R2868紫外傳感器。
4.2脈沖處理電路
本部分電路由電阻R16、R17、R18，電容C21、C27、C28，三極管Q3，芯片TS555組成。脈沖輸出口連至單片機B0引腳。R2868接收到紫外線后會產(chǎn)生1.7V左右的尖脈沖信號，通過Q3組成的開關(guān)電路形成幅值為5V的窄脈沖信號，再通過TS555單穩(wěn)觸發(fā)電路形成寬脈沖信號，傳送給單片機。
圖2 紫外脈沖檢測電路
5.系統(tǒng)軟件設(shè)計及實現(xiàn)
系統(tǒng)軟件主要是單片機程序，其工作流程為：開機后單片機自檢，各類傳感器初始化，開啟定時器中斷并進行計數(shù)，同時采集磁場信號，采集電池電壓信號，采集溫濕度信號，當(dāng)定時時間到了以后，顯示磁場信息，同時給出紫外線脈沖數(shù)，完成整個系統(tǒng)的一次循環(huán)工作。最后在液晶顯示器上顯示出相關(guān)信息，如果有異常情況會給出報警信息。
6.結(jié)論
本裝置已經(jīng)初步研制成功，所有信號監(jiān)測與控制性能良好，實現(xiàn)的功能主要在以下幾個方面：
（1）能夠檢測5米以內(nèi)的電暈放電的強度，在液晶顯示器上每隔3秒鐘顯示紫外脈沖數(shù)量。
（2）利用實驗室的模擬光源，能明顯檢測區(qū)分不同強度的紫外光源。
（3）能完全屏蔽太陽光的干擾，實現(xiàn)了日盲紫外線強度的檢測。
由于目前系統(tǒng)處于研制階段，下一步的目標(biāo)是盡量增加測試距離，增大系統(tǒng)的靈敏性，同時進行大量現(xiàn)場實驗，獲取電氣設(shè)備不同運行狀態(tài)下放電強度，尋找絕緣故障有效判據(jù)，為電氣設(shè)備進行狀態(tài)檢修提供可靠的依據(jù)與保障。 [科]
【參考文獻】
［１］張占龍，王科，唐炬，周軍，楊振山，何為.變壓器電暈放電紫外脈沖檢測法[J].電力系統(tǒng)自動化，2010，02.
［２］何為，陳濤，劉曉明，楊帆，姚德貴，熊東.基于紫外脈沖法的非接觸式低值（零值）絕緣子在線監(jiān)測系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動化，2006，（10）.
