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1、<p><b> 摘要</b></p><p> 本項(xiàng)目主要是實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓電力設(shè)備早期放電故障的檢測(cè),通過(guò)非接觸方式,實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓電老化絕緣子等設(shè)備的定位。由于老化絕緣子在高壓電的作用下產(chǎn)生電暈顯現(xiàn)并伴隨紫外光的輻射,通過(guò)搭建光學(xué)設(shè)備,檢測(cè)太陽(yáng)盲區(qū)的紫外光,再經(jīng)過(guò)光電倍增管實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換和電信號(hào)的放大。再經(jīng)電路信號(hào)放大、甄別電路、數(shù)字積分、脈沖計(jì)數(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的處理,通過(guò)LCD顯
2、示、報(bào)警電路等實(shí)現(xiàn)可視化操作。</p><p><b> ·Abstract</b></p><p> This project is to achieve the detection of early discharge of high voltage electrical
3、 equipment’ failure, by non-contact manner, the positioning of aging on the high-voltageinsulators and other equipment. Aging insulator in the role
4、60;of high-voltage coronaappeared accompanied by UV radiation, to build optical devices, monitoring of solarblind UV photoelectric conversion and signal amplifi
5、cation, and then through thephotomultiplier tube. Circuit signal amplification, screening circuit, digital in</p><p><b> 引言</b></p><p> 1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背
6、景</p><p> 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、快速發(fā)展,電網(wǎng)規(guī)模迅猛擴(kuò)大,目前我國(guó)無(wú)論是裝機(jī)容量還是年發(fā)電量都居于世界前列。對(duì)于電力系統(tǒng),其安全運(yùn)行是首要任務(wù),關(guān)乎國(guó)民經(jīng)濟(jì)能否正常發(fā)展。隨著電力設(shè)備電壓等級(jí)不斷提高,高壓線路總長(zhǎng)度飛速增加,絕緣材料使用越來(lái)越多,</p><p> 在經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展下,各種工農(nóng)業(yè)污染物也不斷增多,以及由于環(huán)境的破壞造成的極端天氣因素,使電力線路和設(shè)備的絕緣材
7、料惡化越來(lái)越嚴(yán)重,造成的危害也越來(lái)越大。表現(xiàn)為是電力設(shè)備的老化出產(chǎn)生電暈放電問(wèn)題現(xiàn)象。電暈放電是指當(dāng)電極附近電場(chǎng)強(qiáng)度增大到一定數(shù)值后導(dǎo)致周圍氣體(通常是空氣)局部電離,而產(chǎn)生的一種自持放電現(xiàn)象。目前,電暈放電造成的絕緣事故已占到電力系統(tǒng)事故的第二位,僅次于雷害事故。電暈放電造成事故的同時(shí),還伴隨著能量的損失,而且電暈產(chǎn)生的高頻脈沖電流和電磁輻射信號(hào),對(duì)無(wú)線電通信、電視信號(hào)傳輸?shù)仍斐珊艽蟮挠绊憽R虼穗姇灧烹娮贤庑盘?hào)的檢測(cè)對(duì)于提高電力系統(tǒng)運(yùn)
8、行的安全性具有重要作用。</p><p> 1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的</p><p> 電力設(shè)備絕緣狀況惡化是一個(gè)電暈放電逐漸加劇的過(guò)程,若及時(shí)對(duì)電暈放電進(jìn)行檢測(cè),并采取適當(dāng)措施,就能夠有效避免避免事故的發(fā)生,從而保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。</p><p> 鑒于電暈放電會(huì)輻射光子,其波段主要在200-380nm的紫外區(qū)域,從而為檢測(cè)電暈放電強(qiáng)度提供了新的思路。但是
9、由于國(guó)內(nèi)與西方國(guó)家在電暈紫外成像檢測(cè)技術(shù)上的差距巨大以及技術(shù)封鎖,使得我們不能借鑒國(guó)外的成像檢測(cè)技術(shù),但是在紫外非成像探測(cè)技術(shù)方面,也有極少數(shù)單位做出了積極有益的嘗試,但目前單元探測(cè)儀在超低功耗方面存在一定的不足,因此研制出的非成像儀器不宜作為手持設(shè)備使用。</p><p> 本課題擬采用超低功耗單片機(jī)MSP430作為核心處理器,完成電暈紫外信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)的硬件開(kāi)發(fā)。除了電暈紫外探測(cè)以外,紫外探測(cè)技術(shù)在紫外通信、
10、生物化工、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域中有著非常廣闊的應(yīng)用前景,可以對(duì)相關(guān)行業(yè)起到助推作用。</p><p> 1.2 所要解決的主要問(wèn)題</p><p> ?、抛贤馓綔y(cè)器的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。</p><p> ?、谱贤庑盘?hào)的預(yù)處理電路設(shè)計(jì)。包括一級(jí)放大、二級(jí)放大、AD轉(zhuǎn)化等電路,實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)數(shù)字積分。</p><p> ?、亲贤庑盘?hào)的單片機(jī)采集與顯示設(shè)計(jì)。&
11、lt;/p><p><b> ?、瘸凸脑O(shè)計(jì)。</b></p><p><b> 系統(tǒng)方案 </b></p><p> 2.1.MCU處理部分</p><p> 設(shè)計(jì)基于MSP430F5438單片機(jī)的信號(hào)采集系統(tǒng),并且添加按鍵部分、顯示部分和警報(bào)部分(蜂鳴器),實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制和對(duì)采集的信號(hào)
12、的處理。</p><p> 2.2.設(shè)計(jì)基于光電倍增管為傳感器的紫外信號(hào)的測(cè)量</p><p> 設(shè)計(jì)以光電倍增管為紫外探測(cè)的傳感器部分硬件電路,通過(guò)采集電暈輻射的日盲紫外光信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)電暈信號(hào)的檢測(cè)。</p><p> 2.3.將測(cè)量的紫外系信號(hào)分別進(jìn)行放大和數(shù)字積分處理</p><p> 通過(guò)光電倍增管后,紫外信號(hào)從光信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈
13、沖電信號(hào),再通過(guò)一級(jí)放大、次級(jí)放大、二級(jí)放大、AD轉(zhuǎn)化等電路,實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖電信號(hào)的計(jì)數(shù)和數(shù)字積分。</p><p> 2.4.對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集</p><p> 通過(guò)MSP430對(duì)電暈紫外信號(hào)進(jìn)行采集,并完成采集數(shù)據(jù)的液晶顯示。 </p><p><b> 2.5.低功耗設(shè)計(jì)</b></p><p> 通過(guò)設(shè)計(jì)合理的
14、電源關(guān)系系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低功耗</p><p><b> 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p> 3.1 前端慮光系統(tǒng)</p><p> 高壓設(shè)備放電產(chǎn)生的紫外線大部分波長(zhǎng)在280nm-400nm的區(qū)域內(nèi),也有小部分波長(zhǎng)在230-280nm。但只能通過(guò)特定的濾光片(本系統(tǒng)選擇230-280nm波長(zhǎng)的濾光片)檢測(cè)在日盲區(qū)(波長(zhǎng)范圍在190n
15、m-280nm之間)內(nèi)的紫外強(qiáng)度,來(lái)檢測(cè)電暈放電強(qiáng)度。</p><p><b> 3.2 光電倍增管</b></p><p> 本系統(tǒng)選用波長(zhǎng)為頻譜回應(yīng)為160nm-320nm型號(hào)為HAMAMATSU R7154的PMT(光電倍增管),實(shí)現(xiàn)從光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換并放大。光電倍增管及驅(qū)動(dòng)電路見(jiàn)圖2。</p><p> 3.3 放大電路及濾波
16、電路</p><p> 本系統(tǒng)中,采用兩級(jí)放大電路以及一級(jí)濾波電路,均采用OPA890型號(hào)運(yùn)放,是因?yàn)樵撔吞?hào)運(yùn)放1.1mA的靜態(tài)電流,帶有禁用功能,并且在禁用狀態(tài)下,運(yùn)放僅消耗30uA的電流,符合本系統(tǒng)低功耗的設(shè)計(jì)要求。再次,該型號(hào)運(yùn)放115M的帶寬增益積滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。</p><p> 一級(jí)放大電路采用1至10倍可調(diào)反向放大設(shè)計(jì),將來(lái)自光電倍增管的信號(hào)進(jìn)行方向放大至合適倍數(shù)。&l
17、t;/p><p> 濾波電路將低于1KHz的低頻噪聲濾除再送入次級(jí)放大電路,放大至合適倍數(shù)送入AD采樣電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)采樣。3.4 AD采樣電路</p><p> 本系統(tǒng)采用AD9280作為采樣芯片,因?yàn)樵撔酒哂?2M高帶寬,工作僅96mW功率,并且?guī)leep功能,符合本系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)要求。</p><p> 該電路實(shí)現(xiàn)對(duì)二級(jí)放大后的信號(hào)進(jìn)行AD采樣,轉(zhuǎn)化為數(shù)
18、字信號(hào)并將其送至MCU進(jìn)行信號(hào)處理。</p><p><b> 3.5 溫濕度測(cè)量</b></p><p> 本系統(tǒng)采樣集成模塊dht11,實(shí)現(xiàn)方便,精度適宜,成本低廉,見(jiàn)圖3</p><p><b> 3.6 主控芯片</b></p><p> 本系統(tǒng)采用MSP430F5438A芯片為主控
19、芯片,是由于其有25M的系統(tǒng)時(shí)鐘,超低功耗,具有硬件乘法器,DMA技術(shù)等。</p><p><b> 3.7 電源管理</b></p><p> 系統(tǒng)已5V為總輸入電源,再經(jīng)過(guò)升降壓芯片形成圖4的供電電路。其中15V采用美信的MAX618 DC-DC芯片、3.3V和2.5V采用TI的TPS622260型號(hào)芯片,5V采用MAX8640芯片。芯片選型原則是,待用Sle
20、ep功能,高的轉(zhuǎn)換效率,價(jià)格適宜。</p><p><b> 系統(tǒng)軟件設(shè)</b></p><p> 本系統(tǒng)設(shè)計(jì),主要分為兩部分:電源管理和信號(hào)處理兩部分。實(shí)現(xiàn)了高效率的電源管理。以及信號(hào)處理。通過(guò)時(shí)鐘中斷形式,是程序成為實(shí)時(shí)系統(tǒng)。其中每隔10分鐘測(cè)量一次溫濕度、每隔0.1S測(cè)量一次距離、每隔1ms測(cè)量一次信號(hào)。在其他時(shí)刻,將各個(gè)部分的電源關(guān)閉以實(shí)現(xiàn)低功耗的要求。&
21、lt;/p><p><b> 系統(tǒng)創(chuàng)新</b></p><p><b> 本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)是:</b></p><p> 1、使用MSP430單片機(jī)作為主控芯片,充分利用了其低功耗和硬件乘法器快的優(yōu)點(diǎn)。</p><p> 2、能夠結(jié)合溫濕度和探測(cè)距離參數(shù)實(shí)時(shí)給出電暈源處的紫外輻射強(qiáng)度,測(cè)量數(shù)據(jù)更加
22、準(zhǔn)確和客觀。</p><p> 3、儀器能夠?qū)收显催M(jìn)行定位。</p><p> 4、相比現(xiàn)有的電暈紫外成像儀具有更小的體積、更低的成本,儀器便攜性強(qiáng),易于推廣。</p><p><b> 評(píng)測(cè)與結(jié)論</b></p><p> 1、本系統(tǒng)待機(jī)時(shí)刻實(shí)現(xiàn)25mW的低功耗,在測(cè)量的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)平均功耗100mW?;緦?shí)現(xiàn)低
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