基于紫外脉冲检测技术的电气设备放电状态检测装置研究

基于紫外脉冲检测技术的电气设备放电状态检测装置研究【摘要】本装置针对高压电气设备绝缘降低时会产生电晕放电的特点，采用特定的紫外传感器，通过传感器采集日盲区紫外光辐射产生的光脉冲，对单位时间的有效脉冲信号的数目进行统计，通过脉冲数目的大小来判断电晕放电的强度，将脉冲产生的放电信号送到处理电路转换成数字信号，再传入嵌入式微处理器进行分析，通过3G模块把数据发送至集控中心，利用GPS定位模块，准确地定位电气设备所在位置，方便准确地了解到电气设备的绝缘性能，给出故障预警。【关键词】紫外脉冲检测；电晕放电；3G通讯；在线监测0.引言随着电网规模的迅速扩大和电力需求的日益增加，电力系统电压等级被迫提高，电气设备的绝缘问题也显得越来越突出。电力设备由于运转操作、使用年数、使用频度及使用环境等影响，其绝缘材料会逐年发生裂化，进而发生设备故障或电力事故。一旦发生故障或事故就会引起局部甚至全地区的停电，给国民经济其他部门的生产和运作造成严重的不良后果。该紫外脉冲监测设备在电气设备未停机或者未发生故障的情况下，检查电气设备的绝缘材料是否有放电现象，随时对运行中的电气设备的绝缘情况进行监督，随时掌握设备的运行情况。1.装置总体设计方案该系统是一套基于紫外脉冲监测技术，能用于高压电气设备的非接触式放电监测系统。其总体设计框图如下：图1系统总体设计框图装置主要由以下几个模块构成：传感器模块、信号调理模块、AD转换模块、嵌入式微处理器模块、存储器模块、GPRS无线通讯模块、液晶显示及按键模块、声光报警模块、GPS定位模块、电源管理模块。系统的工作原理是：本项目利用紫外线传感器、磁场传感器、温湿度传感器等，分别采集电气设备的各参数信号；继而用信号调理模块处理该信号；随之经过高精度A/D转换器，将模拟信号转换为数字信号；然后将数据传输至嵌入式微处理器中，进行计算分析，显示实时测试的数据。另外，通过在一些操作按键，可以将采集到的数据存储至SD卡，通过3G模块把数据发送至集控中心，利用GPS定位模块，准确知道工作人员及出现故障线路的位置，操作人员可通过液晶显示和报警系统，方便准确地了解到电气设备的运行状况。2.系统传感器模块设计及选型根据系统要求，传感器模块主要包括以下部分：2.1紫外光敏管R2868本模块的主要作用是检测电晕放电现象，它可以探测到波长为185nm到200nm的狭窄光源，其实物图如图4.1所示。它对可见光完全没有感应，也不需要过滤器任何可见光（不像半导体探测器）。2.2磁场传感器HMC1022本模块的磁阻传动机构为四臂的惠斯通电桥，将磁场转换成差动输出的电压。可检测低至85微高斯的磁场。2.3SHT10温湿度传感器SHT10温湿度传感器是由瑞士Sensirion公司生产，基于领先世界的CMOSens数字传感技术，具有极高的可靠性和稳定性。2.4电场传感器采用宽带集成光波导电场传感器，由激光器、保偏光纤、电场传感器、普通光纤、光探测器组成。3.系统微处理器及其辅助电路设计本系统采用ATmega16作为核心处理器，ATmega16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。本部分包括ATMEGA16单片机、液晶显示器、蜂鸣器、温湿度传感器sht11。单片机通过I2C总线读取将sht11检测的温湿度数据，内部AD采样记录磁场信号，内部计数器记录脉冲个数，蜂鸣器用于报警提示。最后将数据综合起来，通过算法判断绝缘子的损坏情况，将结果显示在液晶显示屏上，并根据判断结果等级发出不同声音报警。4.紫外脉冲检测电路本部分是整个系统的核心部分，其设计的电路图如图2所示，这部分电路主要包含升压电路及脉冲信号处理电路。4.1升压电路本部分电路由电阻R19，电容C19、C20，二极管D6、D5，NPN三极管Q4、升压变压器H-01组成。触发口连至单片机D4引脚。单片机产生40HZ、35%占空比的PWM波，通过开关三极管在H-01的一次侧产生交变的电流并在铁芯中产生交变磁场，H-01的二次侧感应出交变电压，从而将5V电压转换成幅值达250V尖脉冲电压，驱动R2868紫外传感器。4.2脉冲处理电路本部分电路由电阻R16、R17、R18，电容C21、C27、C28，三极管Q3，芯片TS555组成。脉冲输出口连至单片机B0引脚。R2868接收到紫外线后会产生1.7V左右的尖脉冲信号，通过Q3组成的开关电路形成幅值为5V的窄脉冲信号，再通过TS555单稳触发电路形成宽脉冲信号，传送给单片机。图2紫外脉冲检测电路5.系统软件设计及实现系统软件主要是单片机程序，其工作流程为：开机后单片机自检，各类传感器初始化，开启定时器中断并进行计数，同时采集磁场信号，采集电池电压信号，采集温湿度信号，当定时时间到了以后，显示磁场信息，同时给出紫外线脉冲数，完成整个系统的一次循环工作。最后在液晶显示器上显示出相关信息，如果有异常情况会给出报警信息。6.结论本装置已经初步研制成功，所有信号监测与控制性能良好，实现的功能主要在以下几个方面：（1）能够检测5米以内的电晕放电的强度，在液晶显示器上每隔3秒钟显示紫外脉冲数量。（2）利用实验室的模拟光源，能明显检测区分不同强度的紫外光源。（3）能完全屏蔽太阳光的干扰，实现了日盲紫外线强度的检测。由于目前系统处于研制阶段，下一步的目标是尽量增加测试距离，增大系统的灵敏性，同时进行大量现场实验，获取电气设备不同运行状态下放电强度，寻找绝缘故障有效判据，为电气设备进行状态检修提供可靠的依据与保障。科【参考文献】