引言

避雷器是電力系統(tǒng)中重要的預(yù)防及保護(hù)類設(shè)備,能夠準(zhǔn)確并及時(shí)掌握其運(yùn)行狀態(tài)并開展必要的檢修對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要[1],其性能優(yōu)劣將直接影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文提出了一種基于多傳感器的避雷器工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置,其通過多個(gè)傳感器采集避雷器運(yùn)行時(shí)的多種數(shù)據(jù)并采用一定的算法加以融合,計(jì)算出避雷器是否存在需要檢修或?qū)⒁獡p壞的萌芽狀態(tài),以準(zhǔn)確反映避雷器的工作狀態(tài)及性能,從而提前對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)檢修,保障避雷器的正常使用。

1避雷器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

監(jiān)測(cè)終端的電路設(shè)計(jì)采用可編程邏輯技術(shù),采用的器件是復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD。CPLD是從PAL和GAL器件發(fā)展出來的,相對(duì)而言規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,屬于大規(guī)模集成電路范圍,是一種用戶根據(jù)各自需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。以CPLD為主要的硬件載體完成對(duì)前端電流信號(hào)的測(cè)頻及對(duì)頻值的采集方案。微處理器中以STM32單片機(jī)為核心對(duì)設(shè)備的工作過程進(jìn)行控制并能接收采集到的信息進(jìn)行有效分析處理,實(shí)現(xiàn)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換芯片的信號(hào)頻率的測(cè)量和實(shí)時(shí)采樣控制,實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、看門狗模塊、報(bào)警模塊的互聯(lián),還可完成數(shù)據(jù)的緩沖、傳輸、處理等（圖1）。

由于避雷器泄漏電流非常微弱,且變電站電磁環(huán)境復(fù)雜,電磁干擾強(qiáng)烈,精確測(cè)量泄漏電流幅值和相位具有很大困難,故在硬件設(shè)計(jì)時(shí),要充分考慮傳感器的選型以及信號(hào)濾波、放大處理。通過高精度電流傳感器獲取MoA的泄漏電流,然后將獲取的電流信號(hào)通過程控放大電路進(jìn)行放大。放大后的信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換:微處理采用STM32單片機(jī),其具有高性能、低成本、低功耗的特點(diǎn),溫度傳感器、濕度傳感器和污穢度傳感器選用瑞士SenSirion公司的傳感器,該傳感器采用芯片SHT11,具有集放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路及存儲(chǔ)器于一體的功能,芯片是兩線數(shù)字接口,完全數(shù)字量輸出,無需微調(diào),可與微處理器直接相連,外圍電路簡(jiǎn)單。放大模塊用于將泄漏電流傳感器采集到的電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換放大處理,泄漏電流傳感器采用法拉第的方式將光纖直接繞在電流線上進(jìn)行采集數(shù)據(jù),A/D轉(zhuǎn)換模塊將放大模塊處理的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,FFT模塊將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換:電源模塊采用直流12V、3.3V兩個(gè)電壓等級(jí)進(jìn)行供電,其中直流12V由輸入電壓為AC85～305V、輸出電壓為DC12V的金升陽LH10-13B12-10w電源模塊轉(zhuǎn)換而來,主要用來為液晶屏模塊提供直流12V電壓:直流3.3V由上級(jí)輸出的DC12V經(jīng)過VRB1203ZP-6wR2電源模塊轉(zhuǎn)換而來,對(duì)整個(gè)監(jiān)測(cè)裝置供電:液晶顯示模塊用來對(duì)微處理器處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示,當(dāng)微處理器融合處理的數(shù)據(jù)偏離上位機(jī)設(shè)定的閾值時(shí),報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警提示。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文監(jiān)測(cè)終端主控制器采用的是STM32+CPLD,因此,軟件方面的設(shè)計(jì)包括了STM32和CPLD兩個(gè)部分。

經(jīng)過對(duì)代碼的合理編寫,程序在STM32運(yùn)行時(shí)邏輯清晰且功能完善,突出了其健壯性且結(jié)構(gòu)緊湊,可維護(hù)性強(qiáng),符合工控軟件編寫要求。CPLD功能強(qiáng)大,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)雷擊次數(shù)計(jì)數(shù)、電網(wǎng)頻率測(cè)定等功能,它的邏輯模塊由Veri1og語言編寫,在quartuSⅡ7.2集成開發(fā)環(huán)境下開發(fā),主要包括了系統(tǒng)控制邏輯模塊、SPI通信邏輯模塊和雷擊計(jì)數(shù)邏輯模塊。

3系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試及數(shù)據(jù)分析

我們對(duì)氧化鋅避雷器的實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行模擬,這時(shí)高壓避雷器的末端對(duì)地泄漏電流以及其兩端承受的電壓信號(hào)就成為了待測(cè)量。然后我們用高壓變壓器把220V的電壓信號(hào)升高到20kV接到氧化鋅避雷器和架空導(dǎo)線上,其中避雷器的A相電流輸出端接B相電流輸入端,B相電流輸出端接C相電流輸入端。通過相應(yīng)的傳感器采集所需信息送入監(jiān)測(cè)終端進(jìn)行處理,PC模擬后臺(tái)通過接收232網(wǎng)口傳送來的數(shù)據(jù)讀取終端分析出的數(shù)據(jù)。對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,得到結(jié)果如表1所示。

在表1的測(cè)量數(shù)據(jù)中,我們?nèi)〕鋈娏髡`差最大的第9組數(shù)據(jù)和阻性電流誤差最大的第5組數(shù)據(jù),對(duì)它們根據(jù)公式測(cè)量誤差<(士標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)5%＋5μA）進(jìn)行分析。

全電流誤差范圍:

而在第9組中全電流誤差是2A95u+,在誤差范圍之內(nèi)。阻性電流誤差范圍:

而在第5組中阻性電流誤差為-1A17u+,也在誤差范圍之內(nèi)。通過與國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)氧化鋅避雷器監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比得出:表中數(shù)據(jù)誤差完全符合技術(shù)指標(biāo)要求,同時(shí)其他測(cè)試也都滿足國(guó)家電網(wǎng)給出的技術(shù)指標(biāo),這表明了本文設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠滿足氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)的要求。

4結(jié)語

本文主要對(duì)氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了深入研究,設(shè)計(jì)了以STM32單片機(jī)為主控芯片、采用IRIG-B碼進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)時(shí)的監(jiān)測(cè)方案對(duì)氧化鋅避雷器進(jìn)行有效監(jiān)測(cè),并對(duì)設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和驗(yàn)證分析,運(yùn)行結(jié)果良好,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的誤差都在國(guó)家電網(wǎng)公司給出的標(biāo)準(zhǔn)誤差范圍之內(nèi)。