彭 警,吳世林

（武漢紡織大學機械工程與自動化學院,430000）

基于BH1750FVI的絕緣子灰密測量系統(tǒng)設(shè)計

彭 警,吳世林

（武漢紡織大學機械工程與自動化學院,430000）

灰密（非可溶沉積物密度，NSDD）是指附著在絕緣子表面不能溶解于水的物質(zhì)除以表面積得到的結(jié)果，用于定量標示絕緣子表面非可溶殘渣的含量。通過對高壓設(shè)備外絕緣的表面進行灰密測量，可以了解線路絕緣子的積污情況，確定它是否能承受各種不利因素的影響。本文提出了一種基于BH1750FVI光強傳感器測量灰密的方法。

灰密；絕緣子；高壓設(shè)備；積污；光強傳感器

1 課題研究的背景及意義

污閃是指電氣設(shè)備絕緣表面附著的污穢物，在潮濕條件下其可溶物質(zhì)逐漸的溶于水，在絕緣表面形成了一層導電膜，使絕緣子的絕緣水平大大降低，在電力場作用下出現(xiàn)的強烈放電現(xiàn)象。在電力系統(tǒng)中，絕緣子是將電位不同的導電體在機械上相互連接的部件，在輸電線路中起著支撐導線和絕緣的作用，其性能的優(yōu)劣對整個輸電系統(tǒng)的安全運行起著格外重要的作用。隨著環(huán)境污染的加劇、電力系統(tǒng)的規(guī)模的不斷擴大以及對供電可靠性要求越來越高，防止污閃事故的發(fā)生已經(jīng)成為十分重要的課題。

會導致污閃事故發(fā)生的絕緣子表面污穢物主要由兩部分組成：可溶于水的物質(zhì)和不可溶于水的物質(zhì)?？扇苡谒奈镔|(zhì)是具有導電性的各種可溶鹽類，一般采用等值附鹽密度(ESDD, mg/ cm2)表征；不溶于水的物質(zhì)是無導電性的不溶物質(zhì)，用附灰密度(NSDD, mg/cm2)即灰密表征。目前對污穢絕緣子導致污閃的研究主要集中在ESDD上，對NSDD導致污閃的研究比較少。為此，本文提出了一種基于BH1750FVI光強傳感器測量灰密（NSDD）的新方法，試驗結(jié)果表明該方法能有效的劃分污穢的等級，為高壓線路的調(diào)爬和清掃工作提供了一項重要的依據(jù)，同時也對高壓工程絕緣子的選型及污穢外絕緣設(shè)計以及線路的可靠運行具有相當大的重知道意義。

2 試驗裝置的搭建

2.1 平臺的搭建

此次項目要求是完成絕緣子中間層上下面灰密測量，從而達到判斷絕緣子污染程度的目的。

我們搭建的這個平臺分為上下兩個部分，上半部分是激光發(fā)射端，下半部分為光強傳感器接收端。主要工作原理是：上半部分的激光發(fā)射端產(chǎn)生一束激光穿透玻璃樣片的上、下表面進入下半部分的光強傳感器接收端。初始絕緣子沒有放置玻璃樣片的下半部分光強傳感器接收端記錄了一個激光光強的初值。隨著玻璃樣片表面灰密的變化，光強傳感器接收端的值也在不斷的變化。通過比較這個隨灰密程度變化而不斷變化的的光強衰減值，我們就能得到玻璃樣片的灰密程度。

2.2 激光發(fā)射端的設(shè)計

激光發(fā)射端我們采用的是650nm 20mw 激光模組。激光光強一般較強，為了使激光發(fā)出的光的光強不至于超出光強傳感器的最大值，我們還自己重新設(shè)計改良了激光的發(fā)光電路。

改良后的電路可以很方便的改變激光發(fā)出的光的光強，使其初始值不至于超出光強傳感器的采集范圍。同時為了達到減少整體系統(tǒng)電路的功耗，我們用MCU的來控制激光管的開關(guān)。只有開始測量時才將其開啟，平時則為關(guān)閉狀態(tài)。

2.3 光強傳感器接收端的設(shè)計

光強傳感器接收端，我們采用的是BH1750FVI。BH1750FVI是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強度傳感器集成電路。這種集成電路可以根據(jù)收集的光線強度數(shù)據(jù)來調(diào)整液晶或者鍵盤背景燈的亮度。利用它的高分辨率可以探測較大范圍的光強度變化。

2.4 總體電路和監(jiān)控平臺的設(shè)計

總體電路我們采用STC89C51的MCU完成主控工作。其主要工作原理是：MCU控制激光管的開關(guān)，從而控制系統(tǒng)是否開始采集數(shù)據(jù)。當激光管關(guān)閉時。系統(tǒng)處于低功耗狀態(tài)，減少系統(tǒng)對電量的消耗，從而延長該系統(tǒng)的續(xù)航時間，使其更加節(jié)能、耐用。為了更加方便的測量，得到灰密變化與光強值之間的關(guān)系我們還設(shè)計了專門的監(jiān)控平臺。通過監(jiān)控平臺我們可以實時的看到光強值的變化，接下來我們要做的就是改變絕緣子中間層上下表面的灰密，然后通過監(jiān)控平臺獲得該變化對應的光強值變化，得到一個相應的關(guān)系即可。

3 試驗方法

根據(jù)自己搭建的檢測平臺和監(jiān)控平臺我們可以很方便完成灰密變化對光強值影響的測量。鑒于目前市場上沒有灰密測量對應的樣片出售。所以灰密測量的樣片都是我們自己制作標定。

3.1 玻璃樣片的制作與標定方法

截取一組同面積同厚度材質(zhì)的玻璃樣片備用，制定好硅藻土用量表。按硅藻土用量表用分析天平稱取一定量的硅藻土溶于規(guī)定體積的中。然后將其均勻的涂抹于準備好的玻璃樣片上。重復以上步驟制定好一系列的灰密測量樣片。

3.2 光強衰減值的測量步驟

開啟激光管，調(diào)節(jié)到合適光強初值，記下初值。取第一等級灰密測量樣片至于激光發(fā)射端和光強傳感器接收端之間，待讀數(shù)穩(wěn)定，記下此時對應的光強值。用初值減去這個值得到對應的光強衰減值。在每片樣片的合適位置選取五個測量點，依次測量并記錄其光強衰減值，最后計算出其平均值，提高可信度。依次類推，測完所有灰密樣片。

4 樣片灰密度的測量

在每份玻璃樣片的兩塊玻璃的合適位置均截取一個10*8cm2的區(qū)域并做上記號。開啟電子天平，調(diào)平后校準置零，放入試紙，去皮后取出。用干燥小毛刷將指定區(qū)域的硅藻土小心刷在試紙上，再放入天平，待讀數(shù)穩(wěn)定后，將數(shù)據(jù)讀取并記錄下來。將稱得的質(zhì)量除以其對應的表面積即為該樣片的灰密度。依次類推，測完所有灰密樣片。建模得出樣片灰密度與光強衰減值的函數(shù)關(guān)系。

圖1 數(shù)據(jù)記錄表

5 實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理

5.1 實驗數(shù)據(jù)記錄如圖1所示

5.2 實驗數(shù)據(jù)處理及結(jié)論

通過matlab曲線擬合得出樣片灰密度與光強衰減值的函數(shù)曲線：

圖2 MATLAB曲線擬合圖

可以看出，光強衰減值和樣品灰密度大致成一次函數(shù)關(guān)系。并得到擬合函數(shù)關(guān)系式：y=107400*x+2416（y為光強衰減值，x為樣品灰密度）。

6 結(jié)語

本文提出了一種基于BH1750FVI光強傳感器測量灰密（NSDD）的新方法，試驗結(jié)果表明：在其他因素不變，只改變改變灰密的情況下，隨著灰密（NSDD）的增大，光強傳感器采得的值逐漸減小，通過采得的一系列數(shù)據(jù)與初值進行比較，建模得出了灰密與光強值對應的數(shù)學關(guān)系，該關(guān)系的建立有效分析出了絕緣子的灰密（NSDD），明確的劃分污穢的等級。對了解絕緣子的積污情況，從而確定它是否能承受各種不利因素有相當大的指導意義。同時也為指導線路調(diào)爬和清掃工作提供了重要依據(jù)。該方法物理意義明確、計算簡單、易于實現(xiàn)，有較高的實用價值和廣泛的應用前景。

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彭警，出生年月：1992年3月，籍貫：湖北省黃梅縣，學歷：在讀碩士，研究方向：嵌入式。

Design of insulator ash density measurement system based on BH1750FVI

Peng Jing,Wu Shi Lin
（Wuhan Textile University,430000）

By measuring the surface of the external insulation of the high voltage equipment,it can know the pollution situation of the line insulator,and determine whether it can withstand the impact of various unfavorable factors.This paper presents a method of measuring the gray density based on the BH1750FVI light intensity sensor.

ash dense;Insulator;high voltage measurement;pollution;Light intensity sensor