±800KV特高壓直流電力設(shè)備非接觸智能預(yù)警系統(tǒng)研究及應(yīng)用

費(fèi)躍軍1，羅杰2

(1.國網(wǎng)河南省電力公司，河南鄭州450016

2.南京文道自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司，江蘇南京210046)

摘要：發(fā)展特高壓輸電，有利于全面提升我國電網(wǎng)的資源優(yōu)化配置能力，促進(jìn)大煤電、大水電、大核電和可再生能源基地的集約化開發(fā)利用，解決長期困擾我國的煤電運(yùn)輸緊張難題，促進(jìn)清潔能源發(fā)展，保障國家能源安全和電力可靠供應(yīng)，是我國電力工業(yè)科學(xué)發(fā)展的迫切需要。本文淺析了關(guān)于±800KV特高壓直流電力設(shè)備非接觸智能預(yù)警系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：特高壓;電力設(shè)備;非接觸智能預(yù)警;高壓供電

一、目的與意義

在特高壓項(xiàng)目大力推進(jìn)蓬勃發(fā)展的工程背景下，為確保特高壓線路安全運(yùn)行特高壓線路的運(yùn)維及附近場所施工安全的需要，迫切需要保證特高壓線路作業(yè)車輛能安全作業(yè)的預(yù)警設(shè)備，本項(xiàng)目針對(duì)國內(nèi)空白也是特高壓超高壓檢測難題的高壓直流電力設(shè)備非接觸智能預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的研究及應(yīng)用是該設(shè)備推廣的重要而迫切的工作。

此產(chǎn)品在上世紀(jì)70年代由東歐和日本率先研發(fā)，主要是針對(duì)交流高壓檢測預(yù)警系統(tǒng)，直到目前資料顯示已開始系列生產(chǎn)但相關(guān)資料較少，我們的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在此直流項(xiàng)目之前2014年已完成了500kV高壓電力設(shè)備非接觸智能預(yù)警系統(tǒng)(交流50Hz-60Hz)產(chǎn)品，主要應(yīng)用于10KV-500KV各級(jí)電壓的智能預(yù)警系統(tǒng)。

二、具體措施

(1)直流電場傳感器的研究及器件的選擇

直流電場檢測傳感器是特高壓直流預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵核心組件，對(duì)它的研究及芯片選型則是非常重要，我們的項(xiàng)目偏重于創(chuàng)新及新技術(shù)的應(yīng)用，直流電場傳感器我們做了深入的研究，目前國內(nèi)外都有對(duì)直流電場的檢測裝置。

高壓直流電場測量原理：在微弱信號(hào)處理時(shí)，交流量的放大、運(yùn)算要比直流量容易，所以在測量微弱的直流量時(shí)，一般都將其轉(zhuǎn)換為交流量來處理，直流合成場的測量通過電容式電場測試儀將直流合成場轉(zhuǎn)換成交流量，測量直流場強(qiáng)的基本原理是由正弦波發(fā)生器產(chǎn)生正弦波，通過負(fù)載電阻R連接電極，電極與被測物體間等效為電容C，其兩端的正弦波電壓值為與電阻R的分壓，在在正弦波頻率一定的情況下其容抗與i/c成正比，與C成反比，當(dāng)電極接近被測物體時(shí)，是等效電容值增加，等效電容兩端信號(hào)幅度會(huì)下降，當(dāng)電極遠(yuǎn)離被測物體時(shí)等效電容值減小，等效電容兩端信號(hào)幅度會(huì)上升，等效電容兩端取出的信號(hào)通過檢波器及低通濾波器去除其高頻載波部分取出低頻幅度信號(hào)，取出幅度值，再通過轉(zhuǎn)換變?yōu)殡妶鰪?qiáng)度對(duì)應(yīng)的數(shù)值，其相關(guān)的量程和精度可以通過電路參數(shù)調(diào)整。

原理圖片如下：

另外項(xiàng)目在研發(fā)過程中還研究了旋葉式電場檢測裝置測試電場的方法并且做了較多的實(shí)驗(yàn)，雖最后未采用但在此說明一下，旋葉式測量電場的基本原理是電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)片作定速旋轉(zhuǎn)，下部的靜片暴露于電場E的面積呈周期性變化，靜片上積聚的電荷呈周期性變化的，靜片對(duì)地之間接一電阻，通過對(duì)電阻兩端的電壓測量就可以測出此時(shí)的電場強(qiáng)度，這種方法也被廣泛的使用，效果也比較好，一般較適合手持測試場所。

(二)ASIC芯片

此芯片目自{『主要用于前端傳感器內(nèi)，利用內(nèi)部DSP處理前端數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波，可根據(jù)需要前端傳感器進(jìn)行FIR低通濾波算法，使用MATLAB計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，內(nèi)部處理的示意圖如下：

(三)產(chǎn)品的架構(gòu)

產(chǎn)品分為檢測模塊和接收模塊兩部分，檢測模塊安裝在機(jī)械臂頂端，接收模塊安裝在操作室內(nèi)，兩個(gè)模塊臨時(shí)加裝可以安裝符合IP65的防水鋁盒電池組，可保證現(xiàn)場工作10小時(shí)。(1)檢測模塊：檢測端由IP65防水鋁盒、電場傳感器、2.4G天線、主控電路模塊，IP65防水鋁盒電泄組、防水航空插頭等組成。(2)接收模塊。接收端由ABS防水盒、2.4G天線、人機(jī)界面、主控電路模塊、語音報(bào)警模塊、防水航空插頭等組成，接收模塊提供無源開關(guān)量輸出、CAN總線接口、485MODBUS協(xié)議接口、電池接口、12V-24V電源接口等。

三、應(yīng)用前景

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，超高壓直流項(xiàng)目會(huì)越來越多，現(xiàn)場施工作業(yè)車輛的安全性也日益突出，很多地方在直流項(xiàng)目建設(shè)時(shí)線路下方是空曠的，但隨著后期發(fā)展線路下方會(huì)有人員活動(dòng)、種植糧食有施工車輛進(jìn)入等都會(huì)給線路帶來許多不確定的風(fēng)險(xiǎn)，如果車輛進(jìn)入現(xiàn)場可以安裝本設(shè)備可以提示預(yù)警的功能，可以減少操作不慎帶來的風(fēng)險(xiǎn)并警示操作人員提前回避風(fēng)險(xiǎn)，減少人員、線路、機(jī)械的損失，意義重大，今后設(shè)備可以支持交流直流兩用，同時(shí)支持直流和交流場強(qiáng)的檢測，會(huì)更加方便。

四、結(jié)束語

±800KV特高壓直流電力設(shè)備非接觸智能預(yù)警系統(tǒng)的是我國未來高壓供電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，通過對(duì)其系統(tǒng)中涉及到的部件選擇詳細(xì)分析探討，尋找最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，雖然目前次此技術(shù)在我國的應(yīng)用還不是很成熟，但隨著國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高其技術(shù)水平，降低超高壓輸電系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)性，從而促進(jìn)了我國電力企業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

費(fèi)躍軍，國網(wǎng)河南省電力公司;

羅杰，南京文道自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司。