冉 濤，文 軍，譙小艷，汪金剛，孫 強(qiáng)，吳 健

（1.四川省電力公司達(dá)州電業(yè)局生產(chǎn)技術(shù)部，四川達(dá)州 635000;2.四川省電力公司達(dá)州電業(yè)局送電工區(qū)，四川達(dá)州 635000;3.重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400044）

0 引言

電暈放電是氣體介質(zhì)在不均勻電場(chǎng)中的局部自持放電，是最常見(jiàn)的一種氣體放電形式。在曲率半徑很小的尖端電極附近，由于局部電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)氣體的電離場(chǎng)強(qiáng)，使氣體發(fā)生電離和激勵(lì)，因而出現(xiàn)電暈放電。電暈放電的主要表現(xiàn)有:電暈放電會(huì)產(chǎn)生聲、光、熱等效應(yīng)，表現(xiàn)為發(fā)出“咝咝”的聲音，發(fā)出藍(lán)色光和使周?chē)諝鉁囟壬叩?，它產(chǎn)生的噪音與一般的相比，會(huì)產(chǎn)生高頻脈沖電流，其中包含許多高次諧波，對(duì)無(wú)線電通訊造成干擾，隨著輸電線路電壓等級(jí)的提高，這種影響更為明顯;會(huì)使空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的臭氧、氮氧化物等會(huì)對(duì)固體介質(zhì)和金屬電極造成損傷或腐蝕［1］。電暈放電會(huì)產(chǎn)生巨大的能量損失，同時(shí)會(huì)造成電力設(shè)備的損壞而引起重大的事故。目前，電暈放電檢測(cè)方法主要有目視觀察法和超聲電暈檢測(cè)法等。由于電暈放電的目標(biāo)小、強(qiáng)度弱，目視很難觀察到，而太陽(yáng)光中含有很強(qiáng)的紅外線，用紅外線望遠(yuǎn)鏡觀察誤檢率較高。超聲法在復(fù)雜設(shè)備放電源定位方面有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，但是，由于聲波在傳播途徑中衰減，畸變嚴(yán)重，聲測(cè)法基本不能反映放電量的大?。?］。

基于上述原因，本文將使用方便、靈活的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用到電力設(shè)備電暈放電的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，提出了一種新型的電暈放電在線監(jiān)測(cè)方法和思路。

1 監(jiān)測(cè)原理

圖1為不同交流電壓下電暈放電光譜圖。從圖上可知，電暈放電產(chǎn)生的光譜主要集中在紫外區(qū)域，在可見(jiàn)光部分的輻射相對(duì)較弱。在250～300 nm有一個(gè)強(qiáng)的輻射譜線出現(xiàn);在300～400 nm出現(xiàn)的譜線最多;在400～500 nm只有很弱的幾條譜峰出現(xiàn);而在500～600 nm內(nèi)，觀察不到譜峰的出現(xiàn)［3～5］。因此，可以通過(guò)監(jiān)測(cè)紫外光來(lái)判斷電力設(shè)備的電暈放電。

根據(jù)電力設(shè)備放電的特點(diǎn)，放電時(shí)輻射的紫外光類(lèi)似于脈沖電流法的電流脈沖信號(hào)，利用紫外光“日盲型”檢測(cè)原理［6］對(duì)單位時(shí)間的有效脈沖信號(hào)的數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而來(lái)判斷電力設(shè)備電暈放電的強(qiáng)弱。

圖1 不同交流電壓下電暈放電光譜圖Fig 1 Corona discharge spectrum of under different alternating voltage

2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)原理

系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的原理圖如圖2所示。當(dāng)被監(jiān)測(cè)的電力設(shè)備放電發(fā)出紫外光時(shí)，紫外傳感器接收到此紫外光［7］，并將其傳輸?shù)角度胧接?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通過(guò)嵌入式計(jì)算機(jī)的處理，測(cè)出在某段時(shí)間內(nèi)的紫外脈沖個(gè)數(shù)，然后與系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)定好的脈沖數(shù)目比較，如果比它大，則通過(guò)與串口連接的GSM模塊發(fā)出預(yù)警信號(hào)到運(yùn)行人員的手機(jī)上，從而運(yùn)行人員對(duì)此電力設(shè)備進(jìn)行檢查維護(hù)。

該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件部分主要包括:紫外傳感器，選用的是日本生產(chǎn)的R2868傳感器，響應(yīng)波段為185～260 nm;嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，選用的芯片是ARM10微型處理器，它包括USB、串口、網(wǎng)口等接口;GSM模塊，選用的是西門(mén)子公司的TC35i模塊。軟件部分主要包括:嵌入式Linux系統(tǒng)，Trolltech公司為嵌入式Linux操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的圖形界面Qtopia和開(kāi)發(fā)工具 Qt/Embedded 3.3.7。本文將重點(diǎn)介紹該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程。

圖2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖Fig 2 Principle diagram of system design

3 嵌入式的軟件設(shè)計(jì)過(guò)程

基于Qt/Embedded的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)工作基本上是在工作站或者PC機(jī)上完成的，在工作的機(jī)器上調(diào)試運(yùn)行嵌入式應(yīng)用程序，并將輸出結(jié)果顯示在一個(gè)仿真小型設(shè)備顯示終端的模擬器上。在開(kāi)發(fā)的后期，要根據(jù)選擇的嵌入式硬件平臺(tái)，將嵌入式應(yīng)用程序編譯鏈接成適合在這個(gè)硬件平臺(tái)上運(yùn)行的二進(jìn)制目標(biāo)代碼，另外，由于應(yīng)用系統(tǒng)使用到了Qt/Embedded的庫(kù)，所以，還要將Qt/Embedded庫(kù)的源代碼編譯鏈接成為適合在這個(gè)硬件平臺(tái)上使用的二進(jìn)制目標(biāo)代碼庫(kù)。當(dāng)一個(gè)Qt/Embedded應(yīng)用被部署到小型設(shè)備上，并可靠地運(yùn)行，這樣一個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程才宣告結(jié)束［8，9］。其開(kāi)發(fā)的流程圖如圖3所示。

圖3 Qt/Embedded應(yīng)用開(kāi)發(fā)流程Fig 3 Flow chart of developing applications in Qt/Embedded

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程

要使嵌入式Linux系統(tǒng)下的應(yīng)用程序能夠運(yùn)行，就必須開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序，它不像Windows系統(tǒng)，因?yàn)樵赪indows系統(tǒng)下，用戶不用去管驅(qū)動(dòng)程序，系統(tǒng)基本上都集成了這些驅(qū)動(dòng)，而嵌入式Linux系統(tǒng)比較靈活，它的驅(qū)動(dòng)要靠用戶根據(jù)自己的需要來(lái)進(jìn)行編寫(xiě)［10］。

4.1 驅(qū)動(dòng)的編寫(xiě)與使用

紫外監(jiān)測(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)如下:

1）定義用于保存設(shè)備文件系統(tǒng)的注冊(cè)句柄

devfs_handle_t devfs_ziwai;

2）定義主設(shè)備號(hào)

#define ZIWAI_TEST_MAJOR 139

3）設(shè)計(jì)所需的文件操作，定義file_operation結(jié)構(gòu)

4）初始化注冊(cè)函數(shù)

a.注冊(cè)字符設(shè)備

b.申請(qǐng)中斷

在函數(shù)名之前，可以看到一個(gè)表示屬性的詞“__init”，加了這個(gè)屬性之后，系統(tǒng)會(huì)在初始化完成之后丟棄初始化函數(shù)，收回它所占用的內(nèi)存。這樣可以減小內(nèi)核所占用的內(nèi)存空間。但它只對(duì)內(nèi)建的驅(qū)動(dòng)程序有用，對(duì)于模塊則沒(méi)有影響。

5）設(shè)備的注銷(xiāo)函數(shù)

6）驅(qū)動(dòng)程序的使用

a.首先將驅(qū)動(dòng)程序編譯進(jìn)內(nèi)核，使用下面的命令:

編譯好后就生成ziwai_driver.o文件。

b.動(dòng)態(tài)加載驅(qū)動(dòng)程序:

驅(qū)動(dòng)程序加載好后，就會(huì)在設(shè)備文件掛接的目錄（通常是/dev）下找到紫外檢測(cè)設(shè)備。

4.2 軟件的開(kāi)發(fā)

在驅(qū)動(dòng)程序加載以后就能夠識(shí)別紫外設(shè)備了，此時(shí)就可以進(jìn)行軟件程序的編寫(xiě)。軟件開(kāi)發(fā)的流程圖如圖4所示。

運(yùn)用Qt/Embedded 3.3.7編寫(xiě)應(yīng)用程序，首先讀取紫外設(shè)備傳來(lái)的紫外數(shù)據(jù)，并將其顯示在圖形界面上，同時(shí)也顯示出在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)的紫外脈沖總數(shù)目，與預(yù)先設(shè)定好的脈沖數(shù)目個(gè)數(shù)相比較，大于它的話就通過(guò)GSM模塊發(fā)送預(yù)警信號(hào)到運(yùn)行人員的手機(jī)上，從而運(yùn)行人員對(duì)此設(shè)備進(jìn)行檢查維護(hù)。

圖4 系統(tǒng)軟件流程圖Fig 4 Flow chart of system software

5 實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證該方法的可行性和準(zhǔn)確性，在變電站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。在四川省達(dá)州市220 kV復(fù)興變電站通復(fù)一線選取了各個(gè)隔離開(kāi)關(guān)以及接地刀閘、耦合電容器、變壓器套管等7個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了紫外放電檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，依次編號(hào)為1～7。先后在冬天與夏天進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。測(cè)量位置均在地面（安全距離之外）。每次檢測(cè)時(shí)間為30 s，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行5次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，取5次測(cè)量的平均值作為被檢測(cè)點(diǎn)的紫外脈沖數(shù)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5、圖6所示。設(shè)置報(bào)警的閾值為12，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的紫外脈沖數(shù)大于12時(shí)，就發(fā)送預(yù)警信號(hào)到手機(jī)上，當(dāng)運(yùn)行人員收到此信息后，就會(huì)對(duì)此設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)與處理，以冬季11月份監(jiān)測(cè)到的報(bào)警數(shù)據(jù)為例，統(tǒng)計(jì)其是否報(bào)警的表如表1所示。

圖5 復(fù)興220 kV變電站各測(cè)量點(diǎn)30 s紫外脈沖數(shù)量（冬季11月）Fig 5 Count of UV pulse in 30 s at Fuxing substation（Nov）

圖6 復(fù)興220 kV變電站各測(cè)量點(diǎn)30 s紫外脈沖數(shù)量（夏季6月）Fig 6 Count of UV pulse in 30 s at Fuxing substation（Jun）

表1 監(jiān)測(cè)結(jié)果Tab 1 The results of monitoring

1）從上面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得知，對(duì)于不同檢測(cè)點(diǎn)測(cè)量得到的紫外脈沖數(shù)量不同。由于被檢測(cè)設(shè)備的電極結(jié)構(gòu)和形狀不一樣造成了不同檢測(cè)點(diǎn)的紫外脈沖放電數(shù)不一致，在同一電壓等級(jí)作用下，放電強(qiáng)弱不一致的原因是其電場(chǎng)分布的均勻性不一致。

2）夏季和冬季兩次測(cè)試結(jié)果表明:夏季與冬季的放電規(guī)律一致，夏季放電強(qiáng)的位置在冬季時(shí)的放電依然很強(qiáng)。達(dá)州復(fù)興在6月份比在11月份的濕度更大、溫度更高，高壓電力設(shè)備的放電概率也就更大，濕度大，加劇了放電程度。

3）設(shè)置好閾值后，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的紫外脈沖數(shù)大于此值后，該系統(tǒng)就會(huì)發(fā)送預(yù)警信號(hào)到手機(jī)上通知運(yùn)行人員此設(shè)備的運(yùn)行情況。

4）研究和實(shí)驗(yàn)表明:該系統(tǒng)能夠檢測(cè)出高壓電力設(shè)備的紫外放電脈沖，從而判定高壓電力設(shè)備的放電情況。本方法可以在地面上進(jìn)行檢測(cè)，不需要登塔，檢測(cè)方便，檢測(cè)距離隨電壓等級(jí)的升高而增大。

6 結(jié)論

本文介紹了一種新型的電力設(shè)備電暈放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將紫外檢測(cè)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)和目前應(yīng)用廣泛的嵌入式技術(shù)緊密結(jié)合起來(lái)，符合了電力系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)和要求。從理論入手，詳細(xì)介紹了該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)流程。最后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明了該系統(tǒng)的可行性，具有一定的市場(chǎng)研究前景。但在硬件的簡(jiǎn)化和軟件功能的實(shí)現(xiàn)上還需要更多地細(xì)化，才能進(jìn)一步運(yùn)用到工程實(shí)踐當(dāng)中。

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