绝缘子在线监测.doc

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1、第1章 绪论1.1概述1.1.1引言输电线路的绝缘子要求在大气过电压、内部过电压和长期运行电压下均能可靠运行。但沉积在绝缘子表面的固体、液体和气体微粒与雾、露、毛毛雨、融冰、 融雪等恶劣气象条件的同时作用，将使绝缘子的电气强度大大降低，从而使输电线路和变电站的绝缘子不仅可能在过电压作用下发生闪络。更频繁的是在长期 运行电压下发生污秽闪络，造成停电事故。为了提高绝缘子运行的可靠性 ，通常采用定期人工清扫。人工清扫基本为全计划方式 ，需要停电作业不仅消耗大量的人力、物力。而且由于缺乏绝缘子污秽程度的实时信息。计划式清扫不能做到杜绝事故的发生。许多污闪事故均在两次清扫之间发生。加强输电线路运行的现代

2、化管理，进行线路防污闪在线监测，实现状态检修的要求已成为急待解决的课题。绝缘子污闪的最直接原因是表面泄漏电流急剧增大。泄漏电流是指在运行电压作用下污秽受潮时测得的流过绝缘子表面污层的电流，可通过测量泄漏电 流的大小和变化来对绝缘子污秽进行判断。本文借助GSM网络，成功研制了新型输电线路绝缘子泄漏电流在线监测系统。对输电线路运行绝缘子串的泄漏电流、闪络脉冲、环境温湿度、风速、风向以及雨量等进行定时(20分钟、40分钟等，用户可设定)监测，可随时提供线路绝缘子表面污湿状况和预报警服务。1.1.2污闪的危害污闪是区域性的问题，其显著特点是同时多点跳闸的几率高。绝缘愈低，跳闸机率愈大，且重合成功率愈小

3、。华北电网1975-1985年统计表明，输电线路污闪跳闸重合成功率为27%。1996-1997年，京、津、唐电网变电设备的几次污闪、重合也大都失败。重合不良则意味着存在永久性故障，而多点故障则意味着多处供电失去电源，甚至于会造成大面积的污闪事故。污闪的上述特点，是由其本身的特殊性造成的。一个大、中型变电站，对地的绝缘设备大约有几百支甚至上千支；而变电站的进线、出线也有几条至十几条，在周围几十或上百平方公里的地区；大气的污染几乎是相近的，雾、雪、毛毛雨等潮湿的气象条件也几乎是相同的。一旦一处污闪跳闸，则表明这个地区近乎相同的几百个或上千个绝缘子个体均处于临界污闪跳闸的状态。一处跳闸，重合闸动作，

4、还会造成电网的振荡，是临近闪络设备又多承受一个操作过电压的作用，使设备处于更加不利的状态。特别是当较多设备的外绝缘抗污能力远低于实际污秽要求时，往往会造成区域性的大面积污闪事故。1989年末至1990年初，全国若干个省市的大面积污闪的根本原因就是输电线路配置的外绝缘水平，相对于设备表面实际染污程度要求相差太多的缘故。污闪事故造成的电量损失，以及给国民经济带来的损失是十分惊人的。高压网运行故障多半是由于绝缘不良引起的，而高压网绝缘子是高压网绝缘的薄弱环节。绝缘子在运行中发生故障的类型很多。对电力系统影响较大，且比较频繁的事故是在运行电压下输变电设备绝缘子的污秽闪络事故，也叫污闪。污闪是由于绝缘子

5、表面污湿状态达到一定程度，致使绝缘子表面泄漏电流过大，导致线路闪络的，是发生在高压线路和变电站的一种常见故障。随着环境污染的加剧、电力系统规模的不断扩大以及对供电可靠性的要求越来越高，防止污闪事故的发生已经成为十分重要的课题，我国跨省市的大面积污闪，引起了电力部门的高度重视，相关部门投入了大量人力、物力解决输变电设备的污闪问题，绝缘子工况的诊断技术也因此得到发展。在线监测将愈来愈成为预防性试验中的一个重要组成部分，它将在很多方面弥补仅靠定期停电预试的不足。近年来，国内外由于绝缘原因引起的电力系统大规模停电事故充分证明了在线监测的重要性。1.1.3当前防污闪工作的措施绝缘子的污闪是一个复杂的过程

6、，通常可分为积污、受潮、干区形成、局部电弧的出现和发展四个阶段。采取措施抑制或阻止其中任一阶段的发展和完成，都能防止污闪事故的发生。为了防止污闪，目前采取的措施主要有以下几种:增加绝缘子串中绝缘子的数目，采用耐污绝缘子，在绝缘子表面涂憎水涂料，采用有机合成绝缘子或半导体釉绝缘子等等。这些措施对绝缘子进行定期清洗等各种措施在实际运行中都起到过积极作用。但以上这些防污闪措施，从根本上说都是被动的预防，不能掌握主动权，对减少污闪事故的效果都不是很理想。1.2绝缘子的污闪问题 比较绝缘子发生故障的原因，对绝缘子危害最大的是污闪，以下对污闪放电特点，发生条件和数学模型进行研究，解释污闪放电对绝缘子的危害

7、以及如何检测污闪。1.2.1绝缘子污闪放电特点在线运行的绝缘子，在适宜的大气环境中，在绝缘子表面会形成溶有可溶盐类的导电水膜，而且受绝缘子形状、尺寸的影响，绝缘子电流密度会不均，比较大的首先形成干燥带，由于干燥带的存在越发使得绝缘子表面电压分布不均，干燥带承担较高电压。当电场强度较大时，将产生跨越干区的沿面放电，根据脏污和受潮程度不同，可能是辉光放电、火花放电或局部电弧。局部电弧是一个间歇性的放电过程，这种间歇的放电状态可能会持续很长时间，当脏污和潮湿状态严重时，局部电弧会逐步发展，当达到和超过临界状态时，电弧会贯穿两极，发生闪络。以XWP-7型绝缘子为例，如下表示： 表1.1 XWP-7型绝

8、缘子放电现象与泄漏电流之间的关系LC值/mA放电现象特征2无明显放电现象10铁帽边缘紫色黄色小火星，伞腰及钢脚处淡紫色丝状放电，轻微电晕声紫丝状放电，微声30-40伞腰处密集紫色丝状放电，钢脚处紫色刷状放电，帽、伞腰和钢脚均有黄色短电弧出现，声响放大密集、持续橘黄色短电弧声响大50-70黄色短电弧加长(伞腰处达58cm)并变成橘黄色，下伞面密布黄色短电弧;脉冲出现密集，放电持续发生，声响很大密集、持续橘黄色短电弧，声响大80-120脉冲频率降低;脉冲出现时帽缘和钢脚均有数条主电弧，瓷件表面出现橘黄色短电弧，伞腰处则是沿圆周密布的短电弧，下伞面的电弧达伞面泄露距离1/3以上主电弧，伞腰密布黄色短

9、弧，电弧短路1/3泄距200-400脉冲间隔进一步加长，间隔期内无明显现象，LC值小于10mA;脉冲到来时，主电弧橘黄色偏红。弧道粗且明亮明亮橘红色主电弧，间隔平静400-900明亮橘红色主电弧，长度几乎达到伞边沿;铁帽及伞腰整个圆周密布短小的橘黄色电弧，放电声很大而且很沉闷主电弧几乎达到伞边缘续表900-1500红色电弧几乎贯穿整个泄漏距离，试验品随时可能发生闪络强烈放电，几乎贯穿整个泄距1.2.1.1绝缘子污闪条件分析污闪放电是一个涉及电、热和化学现象错综复杂的变化过程，污闪过程分为4个阶段:(1)绝缘子表面污秽沉积。绝缘子表面沉积的污秽物，主要来源于大气环境的污染，也受大气条件的自清洗。

10、如果这些污秽物在干燥时是不导电的(高电阻)，在闪络前需要潮湿过程。(2)绝缘子表面湿润。当污秽物吸水受潮，会在绝缘子表面形成一层导电水膜，污物中电解质成分电离，并以离子形态存在，绝缘子闪络电压会明显降低，其降低还与湿污层的电导率有关。 (3)局部放电发生。在绝缘子表面形成导电水膜后，构成沿绝缘子表面导电通路，有泄漏电流沿绝缘子表面流过。这种泄漏电流是不稳定的，泄漏电流产生的焦耳热效应会使水分蒸发。由于电流密度不同，在绝缘子直径相对较小部位会有较大的电流密度，形成干区。干区有很大的表面电阻，从而阻断了泄漏电流，导致沿绝缘子的电压分布随之发生变化。加在绝缘子两端电压主要由干区承担，当干区某处场强超

11、过沿介质表面空气临界场强时，该处会发生沿面局部放电。当火花熄灭，下次条件满足时，又会发生间歇性的火花，持续很长时间。(4)局部电弧发展，完成闪络。如果绝缘子污秽程度比较严重，绝缘子表面又充分受潮，再加上绝缘子的泄漏距离较小，这些因素使得绝缘子湿污层电阻变小，在这种条件下会出现较强烈放电现象。此时跨越干区的放电形式为电弧放电，电弧呈黄红色并作频繁伸缩的树枝形状，放电通道中的温度可增高热电离的程度。这种间歇脉冲状的放电现象的发生和发展也是随机的、不稳定的，在一定条件下，局部电弧会逐步沿面伸展并最终完成闪络。综上所述，单个绝缘子表面电压分布取决于整串绝缘子状态。当某个绝缘子首先跨越环状干区，跨越干区

12、的电压将是整串绝缘子总电压中的一部分，所以较易发生跨越干区的局部电弧;只有多个绝缘子均已形成环状干区，分在一个干区上的电压才会减小下来。当某个绝缘子的干区被局部电弧桥络时，原来加在该绝缘子上的较高电压将转移到其他绝缘子上，电压分配的突变，会如一个触发脉冲，促使其它绝缘子产生跨越干区的电弧，甚至迫使整串绝缘子一起串联放电。一旦所有绝缘子干区被电弧桥络，泄漏电流将决定于绝缘子剩余湿污层电阻，此时泄漏电流大增，强烈的放电有可能发展成整串绝缘子闪络。1.2.1.2绝缘子污闪模型德国的F.obenaus最早提出了分析绝缘子污闪的物理模型，该模型由局部电弧和剩余污层电阻相串联而成，如图1.1所示图1.1

13、污闪的数理模型其中，X为局部电弧总长，X=，L为泄漏距离，L-X为剩余污层长度。从该模型出发，若外施电压为U，此电压由两部分承担，一部分是局部电弧的压降，另一部分是剩余污层电阻的压降，可以表示为式: (1-1)式中，x为电弧长度;为单位长度的剩余污层电阻值;A，n为电弧特性常数;L为绝缘子的泄漏距离;U为加在绝缘子两端的电压;I为流过绝缘子表面的泄漏电流。在这个模型中，以局部电弧和剩余污泥电阻相串联的模型来分析绝缘子污闪的临界条件。清华大学高压实验室提出沿污秽绝缘子表面的局部交流电弧的伏安特性: (1-2)剩余污泥电阻目前有两种准确的方法，一种是用场的方法来计算R(x)，进而解出污闪的临界条件

14、;另一种是用路的方法，找出能较准确表示R(x)的解析结果，不过这两种方法过于复杂不宜用于在线检测。对于实际的绝缘子，对数形式表达的R(x)计算式为: (1-3)式中，为污层表面电导率; 为弧根半径，式(1-3)表示的R(x)，与用路的方法和用场的方法解出的污闪临界条件是一致的。1.3绝缘子在线监测的发展及现状我国对在线监测的重要性早在60年代就有所认识，并提出过不少带电试验的方法，但行之有效的却不多。原因之一是缺少关于绝缘子污秽程度的全面真实的信息。本文认为在这些方法中可大致分为非电量测量法和电量测量法。非电量测量法以超声波检测法、激光多普勒振动法及红外热象仪法为代表。电量测量法以电压分布检测

15、法、绝缘电阻法及脉冲电流法为代表。经过近几十年的发展，国内外专家对绝缘子污闪机理有了一个全新的认识，电量测量法得到迅速发展，并有相关产品投放市场运用。电量测量法包括电压分布检测法、泄漏电流脉冲计数法及最大泄漏电流法等多种，是通过检测绝缘子在运行过程中其电参数变化来实现在线监测的方法。为了防止输变电设备发生污闪，运行部门、科研部门和大专院校，一直在努力探索各种监视和检测的方法，力图预先知道运行设备外绝缘的运行状况，以便及时采取有效措施防止供电中断。目前常用的几种方法如下：（1）现场巡视（2）测量绝缘子表面的等值附盐密度（3）污层电导率法（4）电压分布检测法（5）测量绝缘子表面的泄漏电流前一种方法

16、比较直观，通过现场巡视测定，可以直接地判断绝缘子的外绝缘的运行状况。后四种方法都是间接测量方法。即测量外绝缘表面盐密值大小、污层电导和泄漏电流值，并找出这些系数的关系，判断外绝缘能力下降情况，决定应该采取的技术措施。1.3.1现场巡视现场巡视直观、方便、范围广，是供电部门防止污闪事故发生，广泛采用的方法。但巡视结果与巡视人员的经验、素质等多种因素有关，无法定量，不十分确切，容易漏检。防污闪巡视，常常要安排在夜间和雾、毛毛雨等潮湿天气下进行。在我国北方地区，特别重视入冬后的第一次雾和入春后的第一场雨的巡视。这时的巡视往往会发现外绝缘的一些薄弱环节。巡视判别的方法，一是听放电声音，二是看放电现象。

17、如果设备在潮湿天气下放电声音较小且放电声均匀，问题不大；反之，放电声音较大且伴有“哗剥”声，则放电较为严重。一般应予以处理。若按放电现象判断：一般绝缘子表面均匀覆盖一曾蓝紫色的光圈者，对绝缘的危害并不大；若放电呈黄红色的伸缩性树枝状或黄白色的局部电弧时，则放电严重。应及时采取措施。1.3.2等值附盐密度法绝缘子等值盐密法(ESDD)是用一定量的蒸馏水，将一定面积瓷表面上的污秽物全部清洗掉，用适当的仪器测量污秽溶液的盐密值 S，计算 (Q为 100mm的用水量倍数,A为绝缘子表面积)，等值盐密可直观衡量污秽程度。由于目前尚无测固体化学成分的传感器 。无法进行实时监测其成分变化和绝 缘子的电气状况

18、。1.3.3污层电导率法绝缘子表面污层电导率也叫表面电导率，其含义是绝缘子单位表面污层的电导值。它能够反映绝缘子表面的积污量和湿润程度，是确定现场污秽程度的一个很好的方法，借助于污层电导和污闪电压的关系，可以确定运行设备的污耐压水平。1.3.4电压分布检测法(1)电压分布检测法是一种传统的绝缘在线检测方法。随着传感器技术的发展，该法也被赋予了新的内容。基于泡克尔斯(Pockels)效应的光纤(场强)传感器能在基本上不改变绝缘子串电场强度分布的情况下准确测定各绝缘子的电压分布情况，克服了短路叉法、火花间隙法测量准确度低、读数分散性大的缺点，同时也消除了精密电压表法测量改变绝缘子串分布电压的不足。

19、在信号处理方面，目前普遍采用将测量结果经电光转换后通过绝缘杆内的光纤传输到低端再转换成电信号读数的方法或直接将测量结果转换成语言信号报出的方法。电压分布检测法的特点在于直观，能准确判断绝缘子性能的变化。光学测量电压分布方法消除了以前测量方法的准确度不高、读数困难等特点，虽然己研制出自爬式绝缘子检测仪，相对减轻了现场操作人员的劳动强度，但每次测量必须操作人员的劳动强度较大、工作安全性较差的缺点仍然令这种方法难以得到广泛用。1.3.5最大泄漏电流法国内外试验研究表明，泄漏电流不仅能够全面的反映作用电压、气候条件、绝缘子表面污染程度等综合因素的影响，而且临闪电流I与闪络电压梯度E有着十分确定的关系。

20、其E I关系曲线，在绝缘子表面污秽成分不同。污秽分布均匀，甚至绝缘子串长不等，都能够较好的吻合。即使绝缘子的结构形式不同，E I关系也无多大差别，其表达式可用幂函数表示。即E=AI （1-4）式中E-闪络电压梯度I-临闪电流 A b-常数此处I是临闪前的最大泄漏电流，代表着将要闪络的临界污秽度，所对应的电压也就是运行电压。如果利用泄漏电流作为检测的手段，必须选取一个比临闪电流I低的多的电流I来代表当地必须报警的污秽度，以便及时采取措施，防止闪络。1.4 本文的组织绝缘子在线监测技术是变电设备由传统的“计划检修”向先进的“状态维修”过渡的重要技术手段，具有巨大的社会经济效益和广阔的发展前景。本文

21、目的即在于从理论上对这一问题进行探讨，并重点通过对输电线路绝缘子的在线监测这一难题的探索引申出对绝缘在线保护的讨论，全文章节安排如下:第一章论文简述了污闪危害、绝缘子在线监测的重要性;介绍绝缘子在线监测的发展状况，最后陈述本文的主要研究工作和技术难点。第二章介绍了绝缘子在线检测系统设计及功能实现。第三章介绍了现场信号采集基本硬件结构;分析了前端机各个硬件组成模块。第四章介绍了信号数据处理，研究了在线数据的预处理的方法。第五章介绍了前端机的实际运行时采取的可靠性及抗干扰措施。第六章指出本系统尚存在的问题和须进一步努力的研究方向，对未来在线监测系统进行展望。第2章 绝缘子在线检测系统设计及功能实现

22、2.1引言目前，国内高压绝缘子在线检测的主要方法是超声波检测法、激光多普勒振动法、红外测温法、电晕摄像机法、声波检测法及无线电波检测法等。从目前的这些检测方法来看，一般都需要到现场逐个进行测量，工作量很大，有的需要登杆登塔，危险性很高。而且在数据分析处理方面运用综合分析处理的很少，绝缘子故障判断的准确性不高。因此寻找一种从根本上减少劳动量、提高故障判别的检测法，并能实时有效地检测绝缘子的安全、可靠状况的一套集远程分布、在线检测与集中式数据管理和故障诊断一体的在线监测系统意义十分重大。随着计算机技术、新能源技术、通信技术、强电磁场环境下微电量采集技术的迅猛发展，为在线监测领域的研究与实现提供了可

23、靠的技术保障。本文旨在完成一套具备远程监控功能的在线监测系统，并通过实际挂网运行检测系统设计的合理性、稳定性，各设计功能的实际使用效果、各部件长期在恶劣环境中能否经受住考验以及通过数据的收集、处理、分析为在线运行线路绝缘子最终实现在线远程状态监测积累经验。2.2检测方法提出高压线路绝缘子在线监测一直是电力系统的难点。线路绝缘子长期运行在强电场、多种污秽、机械应力、各种温度湿度等恶劣环境中，易出现绝缘子内部裂缝、表面破损、阻抗降低和污闪等多种故障，严重威胁电力系统安全运行。国内外高压绝缘子检测主要方法如下：表2.1 绝缘子在线监测方法比较检测方法检测原理主要设备优点缺点超声波检测法通过处理超声波

24、穿过绝缘子时的反射和模式变换检测劣质绝缘子超声波接收、发射装置可以较准确的检测开裂绝缘子对未开裂绝缘子不起作用，并且需到现场逐个检测；续表激光多普勒震动法开裂绝缘子的震动中心频率与正常绝缘子不同激光多普勒震动仪对开裂绝缘子检测效果明显对未开裂绝缘子不起作用，并且需到现场逐个检测，但设备笨重，不适于野外作业；红外测温法利用绝缘子表面电流引起的热效应进行测量红外摄像仪对半导体釉绝缘子检测效果明显设备造价高，对玻璃绝缘子和普通釉绝缘子检测效果不明显，并且需到现场逐个检测；声波检测法不良绝缘子放电发出声波，可根据声波强弱判断是否存在劣质绝缘子声波接收装置设备简单，操作方面受环境背景噪声影响大，并且需到

25、现场登杆逐个检测；无线电波检测法不良绝缘子放电发出电磁波，根据接收到的电磁波方向、强度判断是否存在劣质绝缘子电磁波接收装置设备简单，操作方面抗干扰能力差，灵敏度低，并且需到现场逐个检测；电晕摄像机法不良绝缘子的存在使其他正常绝缘子上的电晕现象增强电晕摄像机可以清晰的测到电晕放电而不受阳光辐射影响观测不到内部放电，设备造价高，并且需到现场逐个检测；以上的检测方法都不能满足电力系统安全运行的实际需要。随着电力系统向信息化、自动化方向的发展，迫切需要集远程在线监测与后台数据管理和故障诊断于一体的系统，本文提出了一种基于GSM网络的集远程分布在线监测与集中式模糊逻辑诊断和数据管理于一体的高压输电线路绝

26、缘子监测系统的实现方法。2.3系统总体方案本文设计的绝缘子在线监测系统，针对高压、超高压输电线路日益严重且形式多样的突发事故而设计,旨在通过实时、有效的远程在线监测,充分了解绝缘子的运行状况,综合泄漏电流值、脉冲频次及温度、湿度等气象参数,利用趋势分析技术,对处于监测之列的绝缘子进行安全状况分析,并对存在安全隐患的绝缘子在第一时间里发送报警信息,指导工作人员采取有效措施,为输电线路实现状态检修提供有力的科学依据。系统总体结构分为三层：数据采集终端层、基站层、专家分析系统层。图2.1 系统总体结构示意图系统工作原理图如图示： 数据采集终端 基站 专家分析系统 温 度 传 感 信号去 绝缘子温 器

27、、湿度传 噪、脉冲 行数据管 感器、气体 提取、电 理、故障 传感器、湿 流幅值记 诊断、污垢漏电流及脉 录及数据 水平确定冲电流传 发送接收 及前台系统感器 控制 控制图2.2 系统工作原理图2.4系统功能实现1完成在线、实时监测绝缘子的平均泄露电流及脉冲群值，确定绝缘子的运行可靠性及老化程度。2实时测量环境温度、湿度等参数。3系统采样测量灵敏度要能达10，可采集50-20000Hz之间的弱电流信号。4采用GSM（短信息）、GPRS（无线上网）方式将监测数据主动上送基站，系统实现了预警、报警功能，闪络时仍能正常将数据主动上送。5系统具备抗强电磁场干扰能力6系统采用低功耗和太阳能电池供电双保险

28、设计，即使在连续30天无阳光情况下仍可正常工作。系统的技术参数为:10A：泄漏电流采集精度10；50-20000Hz：可测量50-20000Hz间的微弱信号；3mA：系统平均功耗低于3mA；30天：在没有阳光的条件下，系统可持续工作30天不断电；太阳能电池输出电压：5.5-7V；温度测量范围：-30-+75，灵敏度：0.5；湿度测量范围：1%100%，灵敏度：2%；适用海拔高度：2300m以下；操作系统：WindowsXP、WindowsNT、Windows2000等；平均泄漏电流量程（RMS）：0.01100毫安；报警电流：初始值据我国标准或现场实际情况设置，运行后可由负责人依据运行数据自行

29、修正；整机使用寿命：十年以上。2.6功能模块设计系统总体结构分为三层：数据采集终端层、基站层、后台数据处理层本系统适用的范围为：110kV-500kV的输电线路中运行的瓷质、玻璃质及合成绝缘子的在线状态监测。110kV-500kV的电站中运行的瓷质、玻璃质及合成绝缘子的在线状态监测。理论上也可以应用于更高电压等级的输电线路或电站内瓷质、玻璃质及合成绝缘子的在线状态监测。2.6.1电源模块设计由于整个检测装置安装在高压杆塔上，如何提供给检测装置不同幅值的稳定电源，是检测装置一个重要问题。一种方法是采用电流互感器直接从高压杆塔上获取电源，这种方法存在着影响供电，而且设备造价高不安全等问题;另一种方

30、法是蓄电池和太阳能混合电源的方法，一般采用大容量免维护型循环充电电池和单晶硅太阳能电池。比较二者，后一种是比较理想的方案，设计选择了SLPB型聚合物铿电池(3.7v，40Ah)和单晶硅的太阳能电池片。这种类型的聚合物铿电池充放电次数在800次以上，而太阳能电池片的寿命在5年以上。选择这样大容量的电池是为了尽量减少电池更换的次数，而且保证在阴雨天气下，系统仍能正常工作至少30天。对于电源的选择需要考虑一下几点:(l)整个检测系统功耗。在太阳能充足的条件下，循环寿命电池可以得到充电保证系统正常运行，如果在连续阴雨天气下，太阳能对电池充电贡献很小甚至无贡献时，必须保证整个系统仍正常运行一段时间，资料

31、指出此类系统的天平均功耗为800mAh，持续天数n=电池容量*电源效率/天平均功耗=40*0.8/(800*10)=40天，满足坚持30天的要求。(2)太阳能的有效利用。太阳能电池片对阳光的利用率与采光的角度成一定的比例，而且在不同的地区或同一地区不同的季节，同一角度读的采光时间和强度是不同的。一般，将方位角调整到在一天中负荷的峰值时刻与发电峰值时刻一致，方位角二(一天中负荷的峰值时刻-12)*15+(经度-116)。(3)电源系统的防水防腐蚀以及问题的影响。长期暴露在大气环境而且承受各种不同条件气候的作用，电源系统能否稳定运行是整个检测装置的重要组成部分。因此，在选择聚合物铿电池和太阳能电池

32、片的时候，选择的电池工作范围-2060，同时绝缘外壳和耐腐蚀满足防水防腐蚀要求。太阳能充电电路原理图如2.3图示：图2.3 太阳能充电电路原理图2.6.2通信模块选型检测装置检测的参数有泄漏电流，温度，湿度，风速，风向，这些参数与监控中心必须有一个传输部分，由于整个检测装置是安装在高压杆塔上，必须远程传输，远程传输的方式主要包括有线传输和无线传输。目前，有线传输比较稳定，但需要铺设相应的硬件设施。而绝缘子检测由于杆塔分布的地理位置分散，如果采用有线传输方式就意味着需要大量硬件设施;而无线传输方式由于移动通信技术的发展，基站等基础设施建设已经非常完备，采用移动运营商现有的无线通信网络，是实现无线

33、传输一种可行高效通信方式。因此，在绝缘子检测中，比较两种方式，采用了无线传输的方式。比较而言，GSM与GPRS的最大区别是GPRS引入了数据网。GPRS拥有171.2kbps更快访问速度;在连接建立时间方面，GSM需要1030秒，而GPRS只需要极短的时间;而对于费用而言，GSM是按连接时间计费，而GPRS只需要按数据流量计费;同时GPRS对于网络资源的利用率而相对远远高于GSM。因此在绝缘子数据传输中对常规少量数据传输，采用GSM方式即可满足要求，而应对大量数据传输，采用GPRS方式可以更加可靠的完成数据传输，避免因数据丢失而造成的多次重发和间断从而使传输费用降至最低。在选择了短信息和GPR

34、S两种无线传输方式后，无线通信模块选用了ETPPro229Ai型无线通信模块。该模块与普通GPRS无线通信模块的区别是内嵌了TCP/IP协议栈。无需在使用无线通信模块的微控制器中嵌入TCP/IP协议，免去在这部分复杂和繁琐开发工作。同时简化了接口设计和外部伺服电路，更适合于恶劣的工业现场。采用通用接口可方便实现RS-232，使用AT指令交互即可提供短信息通信，语音通信和数据通信。2.7软件设计2.7.1模块软件设计单片机应用系统的软件设计既要有各种计算程序设计，还要结合具体的硬件电路进行各种输出程序设计。软件设计必须在硬件、软件功能划分的基础上进行。本系统软件采用模块化的设计方法，其结构如图2

35、-8所示： 图2.4 系统软件结构图本监测系统的软件设计采用MSP430汇编语言，由于系统软件需要实现多信号采样计算、通信、显示、响应外部中断等多种功能，且各方面的实时性要求很高，合理地安排各个软件模块的相互关系对系统的稳定性至关重要，因此，在软件设计时，充分借鉴已经有嵌入式实时操作系统的思想，设计了实时多任务的调度机制。该任务调度机制给不同任务以不同的优先等级，优先级高的程序具有中止低级优先级程序的权限；反之则无，使重要的任务能及时的执行，提高系统的可靠性、安全性。软件主程序流程如图2-9所示，具体的执行流程是：先进行系统的自检和初始化，以确定系统能够正常工作，初始化包括各寄存器的初始化、始

36、终芯片的初始化，并取出非易失性存储器中的阀值数据。随后根据任务调度程序所给的优先级，主程序进入相应的模块处理程序。 图2.5 软件流程路2.7.2基站系统手机短信作为一种使用方便、费用低廉的即时通讯方式，在众多通信手段中脱颖而出，得到越来越多广泛的应用。在许多商业和工业级短信应用中，均要求短信收发设备非常可靠，发送速度快，能够适应长期不间断工作，而普通手机的工作方式则难以满足要求。FT35A GSM专门针对短信应用设计，内嵌西门子工业级TC35模块，简化了通信接口，性能稳定可靠，符合各种商业和工业级短信应用要求,适用于各行各业，各个领域作无线数据通信，短信息通告，短信查询等应用，您可以完全放心

37、地将它集成到您的软件系统中。2.7.2.1短信终端设备特点1.极高的信号灵敏度采用西门子工业级TC35模块，配合独特的天线信号增强技术，保证了极高的信号灵敏度，即使在金属机箱内也能稳定工作。2.兼容性好与现有西门子TC35T GSM MODEM/WaveCom GSM MODEM兼容，支持标准GSM串口AT命令集。3.使用方便配套5V电源适配器，GSM增强天线，SIM卡接口，串口数据线，本产品充分考虑广大用户使用习惯，简便易用，外形美观大方。2.7.2.2基站系统的功能：1.收集各采集终端单元上送数据2.将报警信息发送到相关人员的手机上3.向各局中心数据库导入数据4.接受“绝缘子在线监测中心”

38、的GPS校时5.向“绝缘子在线监测中心”以GPRS方式发送数据6.提供系统的远程维护、监测通道2.7.2.3 GSM网络数据远程通讯利用GSM网络的短信功能，中央数据采集控制单元存储满一条短信时将数据主动上送，从而降低了系统的运行费用。同时系统还将专家分析系统发出的请求数据实时、准确地发送到数据采集终端。目前国内GSM网络在全国的覆盖率已达到95%以上，而且随着经济的发展、技术的进步，GSM网络的覆盖率将会不断提高。GSM网络在高压线周围具有很强的抗电磁干扰特性。系统采用数据压缩技术来减少实际数据传输量；采用具有纠错功能的数据编码方式来减小误码的影响；采用路由探测技术来选择合适的数据群发时间，

39、对数据进行动态修正。系统同时还采用了大量措施来提高数据的传输效率、速度和可靠性。数据通讯系统采用“中国移动”、“中国联通”GSM网络的短信功能。系统选用西门子工业级通讯模块。可以在高压线周围具有很强的抗电磁干扰特性，能够保证信号的正常传输。解决了高压输电线路在线监测的通讯问题。系统利用GSM网络的短消息业务进行数据通讯，GSM通讯分为两种方式：主动上送，系统存储满一条短信内容时将数据主动上送信息中心，系统有报警、闪络时将数据主动上送信息中心的功能。操作人员可在需要时主动请求监测数据、校时、修改配置等。2.7.2.4通讯协议通讯协议是通讯双方共同遵守的约定，协议的制定应考虑能方便可靠的进行数据的

40、收发操作。在指定的协议中，对于前端机来说。必需能处理以下一些问题：通信中，前端机可以识别外部传来的附加在命令之上的数据；通信中，前端机应该能够识别无效指令；多机情况下，前端机能够辨别本条命令是传送给本机的，还是给其他前端机的；通信中，前端机应能处理一些通信错误，并对错误做出相应的处理。因此，在通信协议中，至少应包含以下几个部分的内容：命令部分：指定每次通信需要完成的工作；数据部分：指定每条命令所附加的数据信息；编号部分：在多机通信中，必需为每一个前端机设定一个地址编号。有了编号部分，在通信时，前端机就能只响应上位机发给自己的命令；错误检测部分：在通信过程中，可能会有通信错误发生。为了检测到通信

41、错误，可以使用硬件的方法，比如在信息中加入奇偶校验；也可以使用的软件的方法，比较简单也比较流行的方法是，给每次通信的信息中，加入一个字节的校验和，发送时，发送方将待发送数据的有效部分相加起来，生成一个校验和；接收时，接收方做同样的工作，然后比较校验和，如果相同则认定本次通信有效，否则认为通信中出现了错误，接收方可以返回一个错误编号，请求发送方重发。因为前端机工作在强电磁环境中，因此在软件中加入校验和是十分必要的；区分一帧信息：一帧信息表示在通信时传送一条有效指令所具有的所有信息。在实际的通信过程中，通信双方应有确定一次通信的机制，否则在连续的通信的过程中，接收方将无法确定每次通信的起始和终止部

42、分，当然也就无法确定它所收到的是一次通信的内容还是几次通信的内容。这就要求通信协议应有区分帧的能力。一个较为实用的方法是给每帧数据加上帧头和帧尾。本协议中所有的命令与数据信息均包括帧头和帧尾。2.7.3后台软件系统专家分析系统软件包括：A、应用软件：绝缘子在线监测系统2.01；B、操作系统：WindowsXP、WindowsNT、Windows2000等；C、数据库：Microsoft SQL server2000，可方便的与Sybase Oracle等大型数据进行无缝连接。专家分析系统是本系统的重要组成模块，分别有：线路、杆塔、绝缘子档案的建立；操作员档案管理；系统参数建立；泄漏电流值、脉冲

43、频次等的图表及曲线查询；温度、湿度查询；报警、闪络查询；同塔各绝缘子串同温度、同湿度泄漏电流比较；各杆塔绝缘子串在不同时期的最大值；不同线路绝缘子串之间同时期泄漏电流的比较。最重要的是：它根据所测泄漏电流及气象参数，利用趋势分析技术，可以模拟的分析出污秽等值附盐密度及污秽发展趋势，反映线路绝缘子的积污状况。通过监测某一地区绝缘子积污的速度来估算该区域的盐密（划分污区），同时与历史数据对比，指导检修或发出预警信号。第3章 现场信号采集3.1数据采集终端数据采集终端（前端机）由太阳能电池、数据闪烁存储器、14位微处理器、14位A/D转换器，泄漏电流传感器、温湿度传感器、无线通讯模块接口、太阳能电池

44、板、充电电路、分机软件以及其他配套电路构成。数据采集终端功能：1、采集泄漏电流、脉冲电流、温度、湿度等参数。2、以无线接力、GSM/SMS网络等方式与基站系统进行数据通讯。3.1.1泄漏电流采集器因输电线路绝缘子工作在强电场环境下，而正常绝缘子的泄漏电流在几毫安以下，而多由微处理器为主体的数据采集单元易受到强电磁辐射、雷电冲击、高频噪声和谐波干扰的影响，引起可靠性降低，误动作等后果。目前的检测技术大多是将电流互感器放在最后一片绝缘子上方的球头处，但存在屏蔽性弱、抗干扰能力差、不能带电作业、安装麻烦、造成一片绝缘子的短路。本文采用方法如下：在高压线路绝缘子串靠近杆塔一侧的绝缘子上加装一个FYJL

45、H-041型集流环，集流环收集电流信号通过屏蔽电缆后经杆塔入地。为提高故障判断的准确性，本系统中采用泄漏电流和脉冲电流两个传感器并采用穿芯式结构，套在屏蔽电缆芯线上，安装于前台单元的屏蔽箱内。整个检测装置均置于屏蔽箱中，固定于线路杆塔上。泄漏电流采集器采用优质ABS工程塑料或尼龙和特殊结构设计，具有耐老化、耐腐蚀、抗变形的功能。由于泄漏电流安装在靠近铁塔侧的最后一片绝缘子表面，它离绝缘子的钢帽只有1-2cm,能采集到绝缘子串中几乎全部的泄漏电流，而且不影响绝缘子的绝缘性能和线路安全运行。泄漏电流采集器采用多层屏蔽技术，将各个传感器和主电子线路分别置于独立的屏蔽盒中，既解决了系统的抗干扰问题，又起到了防雷、防渗、防潮、耐低温等作用。把耐高温、耐老化的特制互感器置于独立的壳体内有效地解决了互感器对线路板的干扰。采集电路循环采集各路绝缘子串上的泄漏电流，采集频率根据环境温度、湿度与信号值变化情况实时调整。温度较大或信号变化急剧时，提高采样频率以捕捉瞬变信号，反之则降低采样频率以减小功耗。前台系统主要采集线路上ABC三相绝缘子串的泄漏电流有效值、泄漏电流峰值、泄漏电流脉冲频度、电晕电流和温湿度等数据。由于电流传感器输出信号十分微弱，在确保抗干扰