【摘要】本裝置針對(duì)高壓電氣設(shè)備絕緣降低時(shí)會(huì)產(chǎn)生電暈放電的特點(diǎn)，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(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)，通過脈沖數(shù)目的大小來(lái)判斷電暈放電的強(qiáng)度，將脈沖產(chǎn)生的放電信號(hào)送到處理電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再傳入嵌入式微處理器進(jìn)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(cè)；電暈放電；3G通訊；在線監(jiān)測(cè)

0.引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的迅速擴(kuò)大和電力需求的日益增加，電力系統(tǒng)電壓等級(jí)被迫提高，電氣設(shè)備的絕緣問題也顯得越來(lái)越突出。電力設(shè)備由于運(yùn)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(huì)逐年發(fā)生裂化，進(jìn)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(huì)引起局部甚至全地區(qū)的停電，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)其他部門的生產(chǎn)和運(yùn)作造成嚴(yán)重的不良后果。該紫外脈沖監(jiān)測(cè)設(shè)備在電氣設(shè)備未停機(jī)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(shí)對(duì)運(yùn)行中的電氣設(shè)備的絕緣情況進(jìn)行監(jiān)督，隨時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行情況。

1.裝置總體設(shè)計(jì)方案

該系統(tǒng)是一套基于紫外脈沖監(jiān)測(cè)技術(shù)，能用于高壓電氣設(shè)備的非接觸式放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其總體設(shè)計(jì)框圖如下：

圖1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

裝置主要由以下幾個(gè)模塊構(gòu)成：傳感器模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、嵌入式微處理器模塊、存儲(chǔ)器模塊、GPRS無(wú)線通訊模塊、液晶顯示及按鍵模塊、聲光報(bào)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(xiàng)目利用紫外線傳感器、磁場(chǎng)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(hào)；繼而用信號(hào)調(diào)理模塊處理該信號(hào)；隨之經(jīng)過高精度A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；然后將數(shù)據(jù)傳輸至嵌入式微處理器中，進(jìn)行計(jì)算分析，顯示實(shí)時(shí)測(cè)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(chǔ)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(bào)警系統(tǒng)，方便準(zhǔn)確地了解到電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況。

2.系統(tǒng)傳感器模塊設(shè)計(jì)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(cè)電暈放電現(xiàn)象，它可以探測(cè)到波長(zhǎng)為185nm到200nm的狹窄光源，其實(shí)物圖如圖4.1所示。它對(duì)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(cè)器）。

2.2磁場(chǎng)傳感器HMC1022

本模塊的磁阻傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為四臂的惠斯通電橋，將磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換成差動(dòng)輸出的電壓?？蓹z測(cè)低至85微高斯的磁場(chǎng)。

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(chǎng)傳感器

采用寬帶集成光波導(dǎo)電場(chǎng)傳感器，由激光器、保偏光纖、電場(chǎng)傳感器、普通光纖、光探測(cè)器組成。

3.系統(tǒng)微處理器及其輔助電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用ATmega16作為核心處理器，ATmega16是基于增強(qiáng)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(jī)、液晶顯示器、蜂鳴器、溫濕度傳感器sht11。單片機(jī)通過I2C總線讀取將sht11檢測(cè)的溫濕度數(shù)據(jù)，內(nèi)部AD采樣記錄磁場(chǎng)信號(hào)，內(nèi)部計(jì)數(shù)器記錄脈沖個(gè)數(shù)，蜂鳴器用于報(bào)警提示。最后將數(shù)據(jù)綜合起來(lái)，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(jí)發(fā)出不同聲音報(bào)警。

4.紫外脈沖檢測(cè)電路

本部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，其設(shè)計(jì)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(hào)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(jī)D4引腳。單片機(jī)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(chǎng)，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(dá)250V尖脈沖電壓，驅(qū)動(dòng)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(jī)B0引腳。R2868接收到紫外線后會(huì)產(chǎn)生1.7V左右的尖脈沖信號(hào)，通過Q3組成的開關(guān)電路形成幅值為5V的窄脈沖信號(hào)，再通過TS555單穩(wěn)觸發(fā)電路形成寬脈沖信號(hào)，傳送給單片機(jī)。

圖2 紫外脈沖檢測(cè)電路

5.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件主要是單片機(jī)程序，其工作流程為：開機(jī)后單片機(jī)自檢，各類傳感器初始化，開啟定時(shí)器中斷并進(jìn)行計(jì)數(shù)，同時(shí)采集磁場(chǎng)信號(hào)，采集電池電壓信號(hào)，采集溫濕度信號(hào)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到了以后，顯示磁場(chǎng)信息，同時(shí)給出紫外線脈沖數(shù)，完成整個(gè)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(huì)給出報(bào)警信息。

6.結(jié)論

本裝置已經(jīng)初步研制成功，所有信號(hào)監(jiān)測(cè)與控制性能良好，實(shí)現(xiàn)的功能主要在以下幾個(gè)方面：

（1）能夠檢測(cè)5米以內(nèi)的電暈放電的強(qiáng)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(shí)驗(yàn)室的模擬光源，能明顯檢測(cè)區(qū)分不同強(qiáng)度的紫外光源。

（3）能完全屏蔽太陽(yáng)光的干擾，實(shí)現(xiàn)了日盲紫外線強(qiáng)度的檢測(cè)。

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(cè)試距離，增大系統(tǒng)的靈敏性，同時(shí)進(jìn)行大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，獲取電氣設(shè)備不同運(yùn)行狀態(tài)下放電強(qiáng)度，尋找絕緣故障有效判據(jù)，為電氣設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢修提供可靠的依據(jù)與保障。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

［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(cè)法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)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(cè)系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，（10）.