隨著電力工業(yè)的發(fā)展和電網(wǎng)負(fù)荷需求的提高，我國(guó)正在大力發(fā)展特高壓,、長(zhǎng)距離輸電技術(shù),。高電壓導(dǎo)致強(qiáng)電場(chǎng)、電氣設(shè)備絕緣中的某些薄弱部分在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下發(fā)生局部放電,，同時(shí)當(dāng)架空輸電線路表面的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)空氣分子的游離強(qiáng)度(一般在20～30 kV／cm),，氣體會(huì)發(fā)生電離，出現(xiàn)電暈放電,。因此,，為了保障電網(wǎng)線路的穩(wěn)定運(yùn)行和停電檢修時(shí)的安全。采用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)對(duì)輸電線路的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)具有重要意義,。

　　目前國(guó)內(nèi)外500 kV電壓等級(jí)及其以下的驗(yàn)電技術(shù)已較為成熟,，但隨著電壓等級(jí)的提高，目前采用長(zhǎng)桿上套裝電容型驗(yàn)電器的驗(yàn)電方法已難以滿足特高壓輸電系統(tǒng)發(fā)展的要求,；同時(shí)利用紅外成像儀,、紫外成像儀、超聲波探測(cè)儀等檢測(cè)方法存在成本高,、操作復(fù)雜,、靈敏度低，并對(duì)早期的放電危險(xiǎn)難以預(yù)報(bào),，不能定量表示放電程度等缺點(diǎn),。而特高壓系統(tǒng)的絕緣要求更高，一般對(duì)地距離較遠(yuǎn),，尤其特高壓輸電線路塔架高,、跨距大、檢測(cè)地點(diǎn)有時(shí)受到地理位置限制,。檢測(cè)距離可能大于80 m,，故需要一種靈敏度高、檢測(cè)距離遠(yuǎn),、成本低,、易于掌握的特高壓放電檢測(cè)方法，根據(jù)紫外脈沖法在電氣檢測(cè)領(lǐng)域的研究經(jīng)驗(yàn),。采用基于紫外脈沖法的放電檢測(cè)技術(shù),。

　　通過(guò)極高靈敏度的日盲型紫外探頭，對(duì)高壓輸電線路的放電紫外光進(jìn)行連續(xù)的在線檢測(cè),，通過(guò)計(jì)數(shù)紫外脈沖數(shù),，并結(jié)合檢測(cè)得到的環(huán)境參數(shù),，從而監(jiān)測(cè)高壓輸電線路狀態(tài)。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及工作原理

　　基于紫外檢測(cè)法的智能型特高壓驗(yàn)電器系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。該系統(tǒng)采用DSP作為現(xiàn)場(chǎng)智能型特高壓驗(yàn)電器的核心,，其外圍由硬件電路組成，用于采集高壓輸電線路電暈放電信號(hào),，并將從紫外傳感器采集到的信號(hào)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線CAN傳送至上位機(jī),，上位機(jī)管理系統(tǒng)軟件由L-abVIEW開(kāi)發(fā)，主要完成特高壓驗(yàn)電器檢測(cè)參數(shù)的顯示和信號(hào)分析處理功能,。

圖1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　2 傳感器的選型

　　紫外線的波長(zhǎng)范圍是10～400 nm,，太陽(yáng)光中也含紫外線。波長(zhǎng)大于280 nm的部分被稱為UV-C,，幾乎全部被大氣中的臭氧吸收,，因此通過(guò)大氣傳輸?shù)?8％是315～400 nm的UV-A，2％是280～315 nm的UV-B,，低于280 nm的波長(zhǎng)區(qū)間稱為太陽(yáng)盲區(qū),。高壓輸電線路放電產(chǎn)生的紫外線大部分波長(zhǎng)在280～400 nm之內(nèi)，也有小部分波長(zhǎng)在230～280 nm之內(nèi),，探測(cè)這部分波長(zhǎng)的紫外線,，可作為判斷放電的依據(jù)。

　　采用特定的紫外傳感器,，利用太陽(yáng)盲區(qū),，使儀器工作在波長(zhǎng)185～260 nm,，而對(duì)其他頻譜不敏感,，去除可見(jiàn)光源的干擾。紫外傳感器光譜響應(yīng)特性的上限取決于陰極材料表面的功函數(shù),，必須大于4．1eV,，一般用W、Mo,、Ni等做陰極材料,；下限取決于管殼材料透紫波長(zhǎng)，透紫玻璃的極限波長(zhǎng)是185 nm,，適合應(yīng)用,。

　　經(jīng)過(guò)比較分析，選用HAMAMATSU公司的日盲型紫外傳感器R2868,，如圖2所示,。其技術(shù)指標(biāo)為光譜響應(yīng)為185～260nm，放電起始電壓為280 VDC,，工作電壓為325±25 VDC,，工作電流小于30 mA,，靈敏度為5 000 cps，背影噪聲小于10 cpm,，該傳感器的工作波段采用太陽(yáng)盲區(qū)中的185～260 nm波段,，該波段不受太陽(yáng)輻射的干擾，其靈敏度達(dá)5 000 cps,，可有效檢測(cè)到電暈放電的紫外脈沖,。

圖2 日盲型紫外傳感器R2868實(shí)物圖

　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用高性能的數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812作為核心處理單元，擴(kuò)展外圍功能電路,，如圖3所示,，主要包括：紫外傳感器及其驅(qū)動(dòng)電路、溫濕度采集電路,、時(shí)鐘電路,、指示電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路,、JTAG接口電路和CAN通信接口電路等,。

圖3 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　3．1 紫外傳感器驅(qū)動(dòng)電路

　　特高壓驗(yàn)電器的核心器件是紫外傳感器，其工作電源可采用干電池或者太陽(yáng)能電池,，驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示,，為了獲得325±25 VDC，前端必須進(jìn)行DC／AC／DC轉(zhuǎn)換,。逆變器U1輸入電壓為+3．3 V,，驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)橋式整流對(duì)逆變器U1輸出的交流電壓進(jìn)行整流，再通過(guò)C26,、R3和R4組成的RC濾波電路進(jìn)行濾波,，調(diào)整R3和R4的值，將傳感器的工作電壓調(diào)到325V左右,。紫外線入射時(shí),，紫外傳感器放電，電流由充電電容C27提供,，并在電阻R7上產(chǎn)生瞬時(shí)電流,，輸出一個(gè)脈沖電壓，引入電容C28可將輸出的脈沖電壓變得平滑穩(wěn)定,；停止放電后,，電源向電容C27逐漸充電，陽(yáng)極電位增加,。達(dá)到放電起始電壓后,，如再有紫外光照射到傳感器上則再次放電。驅(qū)動(dòng)電路包括信號(hào)處理模塊，消除了由自然激勵(lì)光源引起的背景放電信號(hào),。

圖4 紫外傳感器驅(qū)動(dòng)電路

　　3．2 溫濕度采集電路

　　高壓輸電線路的電暈放電是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,，利用紫外檢測(cè)法必須考慮到周圍環(huán)境的影響。具體表現(xiàn)為：空氣污染越嚴(yán)重,，空氣密度越小,，濕度越大，電暈放電越強(qiáng),。這里采用數(shù)字式溫濕度傳感器SHT71,，在檢測(cè)高壓輸電線路電暈放電的同時(shí)，將溫度和濕度作為考慮因素,，可以更好地檢測(cè)其放電情況,。

　　3．3 時(shí)鐘電路

　　DSP工作是以時(shí)鐘為基準(zhǔn)，如果時(shí)鐘質(zhì)量不高,，那么系統(tǒng)的可靠性,、穩(wěn)定性就很難保證。在TMS320F2812上,，有基于PLL時(shí)鐘模塊,，為器件及各種外設(shè)提供時(shí)鐘信號(hào)。鎖相環(huán)有4位倍頻設(shè)置位,，可以為處理器提供各種速度的時(shí)鐘信號(hào),。時(shí)鐘模塊提供2種操作模式：

　　1)晶體工作模式，該模式允許通過(guò)外部晶體為芯片提供時(shí)鐘基準(zhǔn),；2)外部時(shí)鐘源工作模式,，此模式下內(nèi)部的振蕩器將旁路。芯片設(shè)備的時(shí)鐘由外部時(shí)鐘源從XTAL1／CLKIN引腳上輸入,。在這種情況下,，XTAL1／CLKIN引腳將與外部晶體振蕩電路相連。

　　本系統(tǒng)用20 MHz外部晶體給DSP提供時(shí)鐘,，并使用TMS320F2812片上PLL電路,。PLL倍頻系數(shù)由PLL控制寄存器PLLCR的低4位控制,，可由軟件動(dòng)態(tài)地修改,。

　　3. 4 指示電路

　　為了便于選擇檢測(cè)時(shí)間和控制背景光等的亮暗，設(shè)置了選擇,、確認(rèn),，繼續(xù)和背景燈控制3個(gè)按鍵。在現(xiàn)代顯示器件發(fā)展中,，液晶顯示器件以其功耗低,、體積小、色調(diào)柔和、可與CMOS電路直接匹配和易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成化生產(chǎn)等一系列優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用廣泛,。這里采用了內(nèi)藏T6963C控制驅(qū)動(dòng)器圖形液晶顯示模塊MGL(S)-12864T實(shí)現(xiàn)特定的漢字顯示,。

　　3．5 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路

　　為方便調(diào)試和使用方便，設(shè)計(jì)擴(kuò)展一個(gè)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,，采用ISSI公司的ISLV6416,。該器件是一片64 Kx16 b的高速靜態(tài)RAM，采用3．3 V電源供電,。這里3．3 V電壓信號(hào)由電源轉(zhuǎn)換器TPS75733轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn),，該芯片可將+5 V電壓轉(zhuǎn)換成+3．3 V，供DSP工作,。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　4．1 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　下位機(jī)軟件采用C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編寫,。系統(tǒng)主程序流程如圖5所示。系統(tǒng)上電后先進(jìn)行各個(gè)模塊的初始化,，然后開(kāi)中斷等待中斷事件,。當(dāng)高壓輸電線路存在電暈放電時(shí)，DSP通過(guò)捕獲單元開(kāi)始采集電暈放電脈沖數(shù)目,，然后執(zhí)行數(shù)據(jù)處理,，最后將數(shù)據(jù)送液晶實(shí)時(shí)顯示并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線CAN上傳給上位機(jī)做進(jìn)一步處理。

圖5 系統(tǒng)主程序流程

　　4．2 上位機(jī)管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　上位機(jī)管理系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)方案如圖6所示,。該系統(tǒng)包含一個(gè)主界面,，在主界面中主要實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓輸電線路電暈放電紫外脈沖檢測(cè)參數(shù)和信號(hào)波形的顯示，并對(duì)信號(hào)波形采用小波分析的方法進(jìn)行分析處理,。

圖6 上位機(jī)總體設(shè)計(jì)方案

　　5 結(jié)論

　　針對(duì)特高壓輸電線路電暈放電檢測(cè)問(wèn)題,，采用DSP研制了一種基于紫外檢測(cè)法的智能型特高壓驗(yàn)電器系統(tǒng)，經(jīng)軟硬件聯(lián)調(diào),，實(shí)驗(yàn)表明,，該系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期要求，具有界面友好,、操作方便,、多功能和抗干擾較強(qiáng)等特點(diǎn)。電暈放電檢測(cè)的難點(diǎn)在于如何排除輸電線路上的各種干擾,，采用小波分析等信號(hào)處理的方法提取干擾信號(hào)下的電暈放電脈沖信號(hào)是下一步的主要研究工作,。