畢業(yè)設(shè)計(jì)---輸變電設(shè)備防污閃監(jiān)測裝置的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　1 防污閃的必要性2</p><p>　　1.1 中國輸變電污閃現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2 論文的主要工作2</p><p>　　2. 輸變電設(shè)備污閃分

2、析3</p><p>　　2.1 污閃事故的概念3</p><p>　　2.2輸變電設(shè)備污閃所造成的災(zāi)難性事故3</p><p>　　2.3 輸變電設(shè)備污閃機(jī)理分析4</p><p>　　2.3.1 絕緣子表面積污4</p><p>　　2.3.2 絕緣表面的濕潤5</p><p>

3、　　2.3.3 局部放電5</p><p>　　2.3.4 絕緣子完全閃絡(luò)5</p><p>　　2.4 輸變電設(shè)備污閃的原因分析6</p><p>　　3. 提高電網(wǎng)抗污閃能力的措施8</p><p>　　3.1 人工清掃與等值鹽密的測量8</p><p>　　3.2 污穢分級標(biāo)準(zhǔn)、污區(qū)分布圖的繪制與調(diào)爬

4、8</p><p>　　3.3 污穢外絕緣配置原則的確立8</p><p>　　3.4 合成絕緣子和RTV防污閃涂料的應(yīng)用9</p><p>　　4.輸變電設(shè)備防污閃監(jiān)測裝置的設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.1 監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)10</p><p>　　4.2 泄漏電流變送器的設(shè)計(jì)11</p>

5、<p>　　4.2.1 泄漏電流傳感器11</p><p>　　4.2.2 低通濾波電路的設(shè)計(jì)12</p><p>　　4.2.3 信號調(diào)理電路13</p><p>　　4.3 溫濕度監(jiān)測電路的設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.3.1 溫濕度監(jiān)測電路的硬件設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.3.2

6、 溫濕度測量軟件設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.4 核心控制器的選擇16</p><p>　　4.5 人機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.5.1 鍵盤電路的設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.5.2 液晶顯示電路的設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.6 時鐘電路的設(shè)計(jì)23</p>&

7、lt;p>　　4.7 無線通信模塊的設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.8 電源電路的設(shè)計(jì)31</p><p>　　5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析33</p><p><b>　　6 結(jié)論34</b></p><p><b>　　致謝35</b></p><p><b&

8、gt;　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p>　　附錄A 外文文獻(xiàn)譯文37</p><p>　　附錄B 外文文獻(xiàn)原文45</p><p>　　附錄C 系統(tǒng)總體硬件電路圖52</p><p>　　附錄D 系統(tǒng)總體軟件流程圖53</p><p><b>　　前言</b><

9、/p><p>　　隨著中國社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，國民生活水平的不斷提高，電力作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其重要性越來越顯著。能否保證電力安全穩(wěn)定持續(xù)的供應(yīng)，關(guān)系到人民正常生活、生命和財(cái)產(chǎn)安全的保證，尤其是重要的廠礦、單位和部門，一旦電力供應(yīng)中斷，將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，造成重大的政治影響以及公共場所秩序嚴(yán)重混亂，損失不可估量。近幾年來，社會生產(chǎn)的發(fā)展對電能的需求日益增長，促使發(fā)電設(shè)備的容量不斷增大，也使供電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大，

10、隨之而來的問題就越來越多。污閃事故就是影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素之一。電力設(shè)備的電瓷表面，受到固體、液體或氣體等導(dǎo)電物質(zhì)污染，在遇到霧、露和細(xì)雨時，污層電導(dǎo)增大，泄漏電流增加，便產(chǎn)生局部放電。在運(yùn)行電壓下瓷件表面的局部放電可能發(fā)展成為電弧閃絡(luò)，這種閃絡(luò)就稱為污閃。電力系統(tǒng)發(fā)生污閃事故，往往會造成嚴(yán)重后果，引起多條高壓線路、多個變電所失電，甚至引起系統(tǒng)震蕩，從而造成電網(wǎng)瓦解，引起大面積停電，且恢復(fù)時間長。輸變電設(shè)備發(fā)生污閃將嚴(yán)重影響電

11、力系統(tǒng)安全運(yùn)行，因此，防止輸變電設(shè)備發(fā)生污閃已成為保證電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)的重要工作。建國后，國家在防污閃方面取得了一定成果，采用新型的絕緣子，定期清掃運(yùn)行的絕緣</p><p>　　本文針對污閃發(fā)生的原因，確定了監(jiān)測參數(shù)，設(shè)計(jì)了一套能夠自主監(jiān)測絕緣子污穢狀態(tài)的防污閃裝置，能夠通過GSM無線通訊系統(tǒng)讓工作人員掌握絕緣子的泄漏電流、環(huán)境溫度和濕度的狀況，變被動為主動，最大程度地防止污閃事故的發(fā)生。</p>

12、<p><b>　　1 防污閃的必要性</b></p><p>　　1.1 中國輸變電設(shè)備污閃現(xiàn)狀</p><p>　　輸變電設(shè)備的外絕緣性能對電網(wǎng)運(yùn)行安全具有重大影響。電力系統(tǒng)中大量使用的絕緣子，其表面的污染、受潮將嚴(yán)重影響絕緣子的電氣特性，危及電網(wǎng)的運(yùn)行安全。早在20世紀(jì)五十年代，我國東部沿海工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)就發(fā)生過電網(wǎng)污閃事故。六十年代后，污閃事故逐漸向

13、全國各電網(wǎng)發(fā)展。進(jìn)入八十年代，隨著城鄉(xiāng)工業(yè)的迅速發(fā)展，大氣環(huán)境日趨惡化，環(huán)境污染日益加重；同時，高壓輸變電設(shè)備大幅度增加，電網(wǎng)污閃事故的出現(xiàn)呈明顯上升趨勢。八十年代末九十年代初曾經(jīng)發(fā)生了全國區(qū)域性的電網(wǎng)大面積污閃事故，給國民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。自九十年代，各大電網(wǎng)針對輸變電設(shè)備外絕緣進(jìn)行了大規(guī)模防污閃改造，制定了一系列預(yù)防污閃的改造措施和對策，特別是對主干和重點(diǎn)線路進(jìn)行了爬距調(diào)整改造，使運(yùn)行線路的絕緣水平得到提高。但是，隨著電網(wǎng)容量、輸電

14、電壓等級的提高以及輸變電設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的日益惡劣，電網(wǎng)防污閃工作形勢依然十分嚴(yán)峻。2001年初，遼寧、河南、河北及京津唐地區(qū)同時發(fā)生了大面積污閃事故，造成直接經(jīng)濟(jì)損失近百億元人民幣。其中，河南省豫西、豫北電網(wǎng)大面積線路、變電站污閃故障，先后有三十五條220kv及以上線路跳閘155條次；一個500 kv變電站、六個220 k</p><p>　　1.2 論文的主要工作</p><p>　　1）

15、討論了中國輸變電設(shè)備污閃的現(xiàn)狀。</p><p>　　2）從污閃的概念入手，分析了污閃機(jī)理的四個過程，并且針對我國電網(wǎng)大面積污閃情況，分析了各地區(qū)的發(fā)生污閃的氣象條件和設(shè)備狀況，找出輸變電設(shè)備發(fā)生污閃事故的原因。</p><p>　　3）針對污閃事故發(fā)生的原因，提出防止污閃事故發(fā)生的措施。</p><p>　　4）通過分析外在因素對污閃事故發(fā)生的影響程度，確定了監(jiān)測

16、絕緣子污穢狀態(tài)的重要參數(shù)。</p><p>　　5）設(shè)計(jì)了一套輸變電設(shè)備防污閃監(jiān)測裝置，變被動清掃為主動預(yù)防，有效防止污閃事故的發(fā)生。</p><p>　　2. 輸變電設(shè)備污閃分析</p><p>　　2.1 污閃事故的概念</p><p>　　污閃是輸變電設(shè)備污穢外絕緣閃絡(luò)的簡稱。輸變電設(shè)備的絕緣子常會受到工業(yè)污穢或自然界的鹽堿、粉塵及鳥糞

17、的污染。絕緣子是一種特殊的絕緣控件，能夠在架空輸電線路中起到支撐導(dǎo)線和防止電流回地的重要作用。干燥情況下，絕緣子表面污層的電導(dǎo)很?。粚﹂W絡(luò)電壓影響很小，對運(yùn)行沒有什么大的危害。但當(dāng)大氣濕度較高，尤其在大霧、毛毛雨、凝露、融雪融冰等不利的氣象條件下，絕緣子表面污層被濕潤，其表面電導(dǎo)劇增使絕緣子表面泄漏電流急劇增加。結(jié)果絕緣子的閃絡(luò)電壓大大降低，甚至有可能在其工作電壓下發(fā)生閃絡(luò)，通常把絕緣子的這種閃絡(luò)稱為污閃[2]。由于這類氣候條件可能廣泛

18、發(fā)生，所以污閃事故發(fā)生的事故點(diǎn)多、涉及面廣，不同電壓等級可能同時發(fā)生，事故持續(xù)時間長，事故損失大，搶修的工作量也大。</p><p>　　2.2輸變電設(shè)備污閃所造成的災(zāi)難性事故</p><p>　　據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)1971年至1980年，輸電線路發(fā)生的污閃事故有1126次，變電設(shè)備的污閃事故有761次。到了80年代，輸電線路的污閃事故達(dá)1907次，變電設(shè)備污閃事故達(dá)695次，后十年的污閃事故次

19、數(shù)總的來講比前十年又有增加。污閃事故突出，不但表現(xiàn)為次數(shù)的增加，而且表現(xiàn)為污閃面積的擴(kuò)大及其嚴(yán)重性。污閃事故造成的電量損失，以及給國民經(jīng)濟(jì)帶來的損失是十分驚人的。1976年2月上海閘北電廠一次污閃事故，就少發(fā)電1013萬kw.h，導(dǎo)致上海北部地區(qū)大面積停電。又如，1977年l月份至2月份之間，山東省淄博、昌邑、煙臺、惠民四個地區(qū)相繼發(fā)生了地區(qū)性大面積污閃，涉及35-220kv線路，63條線路跳閘，105個變電站停電，損失電量431萬kw

20、.h。同時，造成多口油田關(guān)閉、輸油管凝固等重大事故。到了90年代，我國的華東、華中、華北、東北、西北等地發(fā)生跨省市的大面積污閃事故，都曾造成地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的幾度瓦解。據(jù)1971到1990年的不完全統(tǒng)計(jì)，全國污閃事故共計(jì)損失電量43180.3萬kw.h。1989年至1990年初，我國跨省市的大面積污閃，特別是500kv線路的大量跳閘，引起了電力部門的高度重視，曾投入大量人</p><p>　　2.3 輸變電設(shè)備污閃機(jī)理分

21、析</p><p>　　空氣的污染和水分的凝結(jié)是導(dǎo)致絕緣子污閃的直接原因。在線運(yùn)行的絕緣子，在自然環(huán)境中，受到、氮氧化物以及顆粒性塵埃等大氣環(huán)境的影響，在其表面逐漸沉積了一層污穢物。在天氣干燥的情況下，這些表面帶有污穢物的絕緣子保持著較高的絕緣水平，其放電電壓和潔凈、干燥狀態(tài)時接近。然而，當(dāng)遇有霧、露、毛毛雨以及融冰、融雪等潮濕天氣時， 在空氣中的水分作用下變得濕潤時，絕緣子的絕緣性能下降，在施加電壓不夠高時，流

22、過表面污層的泄漏電流很小，不足以在絕緣子表面形成烘干區(qū)，即使形成烘干區(qū)后產(chǎn)生的局部電弧也不能得到充分發(fā)展，只有當(dāng)施加的電壓等于或超過臨界閃絡(luò)電壓時，在外加電壓作用下表面泄漏電流將大大增加，從而可能導(dǎo)致運(yùn)行中的絕緣子沿污穢表面發(fā)生完全閃絡(luò)。由于絕緣子的形狀、結(jié)構(gòu)尺寸的影響以及絕緣子表面污層分布不均和潮濕程度不同等因素，使絕緣子表面各部位的電流密度不同，其結(jié)果在電流密度比較大的部位形成了干燥帶。干燥帶的形成促使絕緣子表面電壓分布更加不均勻，

23、干燥帶承擔(dān)較高的電壓。當(dāng)電場強(qiáng)度足夠大時，將產(chǎn)生輝光放電，繼而產(chǎn)生局部電弧。這時，染污介質(zhì)的表面放電模型，相當(dāng)于表面局部電弧串聯(lián)著一段污層電阻。此時局部電弧有可能熄滅，</p><p>　　1）絕緣子表面污穢積累。</p><p>　　2）在潮濕的環(huán)境條件下污穢變濕潤。</p><p>　　3）在表面泄漏電流的熱效應(yīng)作用下出現(xiàn)干區(qū)從而改變電壓分布并引起局部電弧。&l

24、t;/p><p>　　4）局部電弧發(fā)展成為絕緣子完全閃絡(luò)。</p><p>　　2.3.1 絕緣子表面積污</p><p>　　絕緣子表面沉積的污穢，來源于該地大氣環(huán)境的污染，也受大氣條件的洗滌，例如，風(fēng)吹和雨淋使絕緣子上下表面的積污不均勻，一般是下表面積污重于上表面，污穢越嚴(yán)重的區(qū)域，上表面和下表面的污穢不均勻程度越明顯。還與絕緣子本身的結(jié)構(gòu)、表面光潔度有著密切的關(guān)系

25、。如光滑表面，氣流大則積污少；表面粗糙又在渦流、氣流速度下降處，則積污多。根據(jù)污穢物的不同，污穢可分為自然型污穢和工農(nóng)業(yè)污穢兩大類，而后一類則具有更多的化學(xué)性微粒，是最嚴(yán)重的一類。長期的經(jīng)驗(yàn)表明，城市工業(yè)區(qū)及大氣污染嚴(yán)重的地區(qū)，一般絕緣子表面的積污也多。工業(yè)規(guī)模愈大，對周圍影響的范圍也愈大。原電力部電力科學(xué)院等單位研究表明，對于大氣擴(kuò)散和傳送能力強(qiáng)的地區(qū)，大城市工業(yè)污染擴(kuò)散對電力系統(tǒng)污染的影響范圍可達(dá)20-30km以上。一般來說，距離工

26、業(yè)污染源愈遠(yuǎn)，影響愈弱，絕緣子表面積污的鹽密值也逐漸減少。另外，大氣環(huán)境中充滿了各種氣態(tài)、液態(tài)污染物和固體微粒。固體微粒中直徑較大者，在重力作用下垂直降落。直徑較小的微粒呈懸浮狀態(tài)，也在絕緣子周圍運(yùn)動著。微粒在絕緣子表面上的沉積，受風(fēng)力、重力、電場力的作用，其中風(fēng)力是最主要的。重力只對直徑較大的微粒起作用，且主要影</p><p>　　2.3.2 絕緣表面的濕潤</p><p>　　大多數(shù)

27、的污物在干燥狀態(tài)下是不導(dǎo)電的，該狀態(tài)下絕緣子放電電壓和潔凈干燥時非常接近。只有當(dāng)這些污物吸水受潮，其中的電解質(zhì)電離，在絕緣子表面形成一層導(dǎo)電模式，絕緣子表現(xiàn)的閃絡(luò)電壓才會降低，其中閃絡(luò)電壓降低的程度與污層的電導(dǎo)率有關(guān)。長期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：霧、露水、毛毛雨最容易引起絕緣子的污穢放電，其中霧的威脅性最大。霧是懸浮于空氣中、由水蒸汽冷凝而成的水滴，出現(xiàn)機(jī)率一般在夜間和清晨。在煙霧、工業(yè)廢氣、粉塵、SO2 等較多的地區(qū)，當(dāng)空氣相對濕度達(dá)到一定程

28、度時，不僅絕緣子的積污過程加快，而且絕緣子表面各個部位亦被充分濕潤。經(jīng)驗(yàn)證明，絕緣子積污特性在干燥和潮濕狀態(tài)下有著很大的不同，潮濕狀態(tài)下的絕緣子其積污速度比干燥狀態(tài)下的積污速度要增大2倍以上。</p><p>　　2.3.3 局部放電</p><p>　　絕緣子表面受潮、濕潤后，其污穢中的電解質(zhì)首先發(fā)生電離，在絕緣子表面形成一層導(dǎo)電膜，從而在表面產(chǎn)生了泄漏電流。由于污穢在絕緣子表面的分布是

29、不均勻的，因此絕緣子表面泄漏電流分布也是不均勻的。在表面泄漏電流密度大的區(qū)域，如盤形絕緣子的鋼帽、鋼腳附近，泄漏電流就大，產(chǎn)生的熱量也大，從而形成烘干區(qū)。當(dāng)烘干區(qū)場強(qiáng)超過介質(zhì)表面空氣放電的臨界場強(qiáng)時，此處就會發(fā)生局部放電，出現(xiàn)藍(lán)色小火花。</p><p>　　2.3.4 絕緣子完全閃絡(luò)</p><p>　　局部電弧的熱效應(yīng)，會使干區(qū)擴(kuò)大，局部電弧會沿干區(qū)旋轉(zhuǎn)，不斷適應(yīng)自己的長度。當(dāng)干區(qū)擴(kuò)大

30、到電弧無法維持時，電弧就會熄滅；當(dāng)周圍濕潤的條件繼續(xù)使污層電阻不斷減小，泄漏電流不斷增大，局部電弧的壓降不斷減小時，局部電弧可不斷向?qū)O發(fā)展，直至閃絡(luò)?？傊?，絕緣子污閃現(xiàn)象不是一種單純的空氣間隙擊穿，污閃的實(shí)質(zhì)是一種與電、熱、化學(xué)因素有關(guān)的污穢表面氣體電離及局部電弧發(fā)展的熱平衡過程，即泄漏電流、局部電弧、完全閃絡(luò)。</p><p>　　2.4 輸變電設(shè)備污閃的原因分析</p><p>　　

31、空氣的污染是近年來造成絕緣子污穢程度加重的主要原因?？諝馕廴臼侵阜稚⒃诳諝庵械挠泻怏w和顆粒物質(zhì)累積到超過空氣自凈化過程（稀釋、沉降等作用）所能降低的程度，在一定的持續(xù)時間對生物及非生物產(chǎn)生危害的物理現(xiàn)象。彌漫在空氣中的污穢物日積月累地沉積在運(yùn)行設(shè)備外絕緣表面上，形成污穢層，其中的可溶性導(dǎo)電物質(zhì)在濕潤（污穢層中有不可溶的吸水性物質(zhì)）、溶解后，將使表面污穢層的電導(dǎo)急劇增大，致使絕緣的電氣強(qiáng)度顯著下降。因此，空氣污染是導(dǎo)致電力系統(tǒng)發(fā)生閃絡(luò)事

32、故的重要原因之一。沉積在外絕緣上的污穢類型可分為工業(yè)型和自然型兩大類。</p><p><b>　　1）工業(yè)型污穢</b></p><p>　　工業(yè)型污穢是在工業(yè)生產(chǎn)過程中由煙囪排出的氣相、液相和固相污穢物質(zhì)。它主要分布在工業(yè)城市及近郊和工業(yè)集中的地區(qū)，包括化工廠、冶煉廠及火電廠的排煙，水泥廠、煤礦及礦場的粉塵，循環(huán)水冷卻塔或噴水池的酸化水霧等。我國由工業(yè)生產(chǎn)而排出廢

33、氣超過6億/h以上，除塵量大于1000萬噸/年，排出量超過150萬噸/年。在各類工業(yè)污穢中，化工污穢對絕緣子電氣強(qiáng)度的影響最嚴(yán)重，其次是水泥、冶金等污穢。</p><p><b>　　2）自然污穢</b></p><p>　　在自然條件下產(chǎn)生的污穢可分為塵土、鹽堿污穢，海水鹽霧和鳥糞污穢。塵土污穢主要成分是從地面揚(yáng)起的塵土，農(nóng)作物施加的化肥和農(nóng)藥，農(nóng)村燃燒柴草、農(nóng)作物

34、莖葉、牛糞等排出的炊煙等。在塵土污穢區(qū)，絕緣子的污染程度主要取決于土壤的性質(zhì)，特別是土壤的含鹽量、可溶性與生成電解質(zhì)的能力；風(fēng)對土壤的侵蝕以及塵土在絕緣子表面上的黏附能力。在大多數(shù)塵土污穢區(qū)，塵土污穢幾乎不含鹽類等強(qiáng)電解質(zhì)，溶解度也小，可溶性導(dǎo)電物質(zhì)的平均含鹽量只有0.3%-1.5左右；污層與絕緣子表面不易黏結(jié)，污沿表面分布也不均勻，很容易被雨水沖洗掉。由此可見，塵土污穢自身電導(dǎo)率并不大，但近年來隨著化肥和農(nóng)藥的大量施放、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展

35、和運(yùn)輸車輛的劇增，不僅導(dǎo)致塵土污穢中可溶性導(dǎo)電物質(zhì)含量增大，而且導(dǎo)致濕沉降水酸度增高，加之城市地區(qū)工業(yè)污穢的飄移，使輕度污染的塵土污區(qū)也頻繁發(fā)生污閃事故。我國 2000年3月以來出現(xiàn)了7次揚(yáng)沙和沙塵暴天氣，對外絕緣是否有影響呢？揚(yáng)沙與沙塵暴都是由于本地或附近塵沙被風(fēng)吹起而造成的，其共同特點(diǎn)是能見度明顯下降，出現(xiàn)時天空混濁，一片黃色。兩者大多是冷空氣過境或雷雨、颮線影響時出現(xiàn)，北方在春季容易出現(xiàn)。所不同的是揚(yáng)沙天氣</p>

36、<p>　　在鹽堿地區(qū)，不僅塵埃中含有大量能溶于水而生成電解質(zhì)的微粒，而且大多數(shù)鹽堿地區(qū)還存在含有可溶礦物質(zhì)的水域，風(fēng)自鹽湖水面吹起，含導(dǎo)電物質(zhì)的水汽蒸發(fā)后在空氣中留下電離物質(zhì)。因此，鹽堿地區(qū)（特別是半沙漠地帶）屬于重污區(qū)。按土壤鹽漬化的程度可將鹽堿土分為含鹽量弱、中、強(qiáng)或很強(qiáng)的土壤，其可溶性鹽的含量分別為小于0.5%、0.5%-1.5%、1.5%-3.0%、大于3.0%。在含鹽量很強(qiáng)的土壤地區(qū)，污穢中的可溶成分達(dá) 20 %

37、-30 %，其電導(dǎo)率接近NaCl的物質(zhì)約為50%，甚至達(dá)100%。由于細(xì)小的鹽粒更易被風(fēng)揚(yáng)起，因此，絕緣子污層中的含鹽量比土壤中的含鹽量可高出幾倍。這類地區(qū)絕緣子污染的特點(diǎn)是：因風(fēng)雨的凈化作用，上表面積污比下表面小好幾倍，特別是下表面有棱的絕緣子污染更嚴(yán)重。</p><p>　　在田野、森林、草原和鹽堿地區(qū)，野鳥繁多，鳥類污穢往往也造成污閃事故。我們經(jīng)?？梢钥吹?，在送電線路桿塔上棲息著大型喜鵲、烏鴉、灰鶴、蒼鷺等

38、鳥禽。這些鳥禽白天覓食，夜間休息。經(jīng)過一夜的消化，清晨是它們排泄糞便較集中且數(shù)量最大的時間。因鳥類的尿液和糞便一腔同道且含有大量的電解質(zhì)成份，當(dāng)它們在絕緣子串上方排便時，糞便的一部分進(jìn)入導(dǎo)線與地之間的電場，立即使原場強(qiáng)發(fā)生強(qiáng)烈畸變，運(yùn)行的絕緣子外絕緣強(qiáng)度急劇下降；由于鳥糞連續(xù)不斷的地下落，也就不斷地縮小著帶電導(dǎo)線對地距離；當(dāng)組合間隙達(dá)到一定程度，導(dǎo)線便通過糞流柱對地發(fā)生放電。</p><p>　　3. 提高電網(wǎng)抗

39、污閃能力的措施</p><p>　　3.1 人工清掃與等值鹽密的測量</p><p>　　20世紀(jì)80年代前是我國局部區(qū)域電網(wǎng)形成期，電壓等級限于110-220kV。當(dāng)沿海及少數(shù)重工業(yè)城市電網(wǎng)發(fā)生污閃時，為保證安全運(yùn)行要求，普遍采用人工清掃的辦法應(yīng)對污閃事故。由于電網(wǎng)規(guī)模小、電壓等級低，維護(hù)人員相對充足且責(zé)任心強(qiáng)，人工清掃有很強(qiáng)的可操作性，同時，工程設(shè)計(jì)因國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力不足、從業(yè)人員多、技術(shù)

40、落后、對污閃的危害尚無深刻認(rèn)識，用清掃彌補(bǔ)絕緣配置不足有其合理性。隨著對污閃即污穢絕緣子表面沿面放電的進(jìn)一步了解，東北電網(wǎng)首先開始了等值鹽密的現(xiàn)場測量工作，這為后來進(jìn)行污穢等級劃分奠定了基礎(chǔ)[3]。</p><p>　　3.2 污穢分級標(biāo)準(zhǔn)、污區(qū)分布圖的繪制與調(diào)爬</p><p>　　20世紀(jì)70年代，工業(yè)較發(fā)達(dá)地區(qū)發(fā)生的污閃事故使人們逐漸認(rèn)識到，應(yīng)將電網(wǎng)根據(jù)所受污染程度的不同劃分為不同的

41、區(qū)域，并依此進(jìn)行絕緣配置。1983年4月原水利電力部頒發(fā)了我國首個劃分電網(wǎng)污穢等級的標(biāo)準(zhǔn)，與此同時，北京供電局等先后根據(jù)污穢等級的劃分繪出了所轄電網(wǎng)的污區(qū)圖。</p><p>　　1990年華北電網(wǎng)大面積污閃后，人們對大面積污閃給電網(wǎng)帶來的危害有了更清醒的認(rèn)識，加大了電網(wǎng)防污閃工作的力度。原能源部連續(xù)3次召開全國電網(wǎng)防污閃工作會議，出臺了《關(guān)于防止電網(wǎng)大面積污閃事故若干措施的實(shí)施要求》，明確了加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)、明確責(zé)任等

42、8項(xiàng)內(nèi)容。從管理方面講，電力系統(tǒng)各級管理機(jī)構(gòu)都成立了相應(yīng)的領(lǐng)導(dǎo)小組，設(shè)計(jì)、基建和生產(chǎn)各部門責(zé)任明確，絕緣子全過程的管理制度建立；從技術(shù)方面講，在制定新污穢等級劃分標(biāo)準(zhǔn)的同時，全國電網(wǎng)開展電網(wǎng)污區(qū)圖的繪制工作，污閃多發(fā)區(qū)域開展了大面積的輸變電設(shè)備特別是線路的調(diào)整爬距工作，在調(diào)爬中復(fù)合絕緣獲得工業(yè)性大范圍的應(yīng)用。</p><p>　　3.3 污穢外絕緣配置原則的確立</p><p>　　200

43、1年華北再次發(fā)生的大面積污閃，終于使人們充分認(rèn)識到，現(xiàn)代化電網(wǎng)的安全運(yùn)行不能建立在“群眾運(yùn)動”式的人工清掃上，必須下決心從根本上改變這一與國際普遍做法相違背的設(shè)計(jì)思想與運(yùn)行維護(hù)方式，與此相聯(lián)系的是改變現(xiàn)有的基建、生產(chǎn)投資“兩張皮”的管理模式，綜合計(jì)算輸變電工程建設(shè)與運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益?？傊?，把電網(wǎng)的維護(hù)從工人繁重的手工勞動中解放出來已成為建設(shè)國家堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的需要。無論是從電網(wǎng)的安全可靠性還是從最大經(jīng)濟(jì)效益和社會效益方面考慮，防治大面

44、積污閃的根本出路都是提高輸變電設(shè)備特別是輸電線路的絕緣水平，對于超、特高壓輸電工程尤其如此，為此，國家電網(wǎng)公司提出了“絕緣到位，留有裕度”的基本原則。絕緣到位，就是依靠輸變電設(shè)備（特別是輸電線路）本體絕緣水平來保障電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，而不是把電網(wǎng)的安全寄托在線路的“一年一清掃”和變電設(shè)備的“逢停必掃上”；留有裕度，要求考慮大氣污染日益增長和局部污源不斷增多的威脅以及在可能出現(xiàn)災(zāi)害性濃霧的地區(qū)必須考慮濕沉降的影響。按此原則，目標(biāo)是按照飽和

45、等值鹽密及有效鹽密下的耐受電壓配置外絕緣，在中等及以下污穢地區(qū)可采用傳統(tǒng)電瓷，在重污穢地區(qū)須采用硅橡膠復(fù)合絕緣，線</p><p>　　3.4 合成絕緣子和RTV防污閃涂料的應(yīng)用</p><p>　　合成絕緣子具有機(jī)電強(qiáng)度高、耐污性能好等優(yōu)點(diǎn)，在同樣的爬距及污穢條件下，合成絕緣子的污耐壓明顯高于瓷絕緣子和玻璃絕緣子。在1990年電網(wǎng)大面積污閃后，線路合成絕緣子得到了快速發(fā)展，其良好的耐污閃

46、性能在各地區(qū)發(fā)生的污閃事故中得到了證實(shí)，特別是在大面積污閃中幾乎沒有合成絕緣子污閃的記錄。如2001年初電網(wǎng)污閃事故中，凡使用合成絕緣子多的地區(qū)，線路污閃就少，損失也??；凡使用合成絕緣子少的地區(qū)，污閃就多，損失也大。山東線路污穢區(qū)使用10萬只合成絕緣子，此次災(zāi)害性濃霧所到之處均未發(fā)生污閃。京津唐、河北、河南和遼寧電網(wǎng)，凡全線使用合成絕緣子的線路幾乎都沒有發(fā)生停電事故。這次事故后，遼寧電網(wǎng)在調(diào)爬中共使用硅橡膠復(fù)合絕緣子30000支，4年過

47、去了，經(jīng)過幾次大霧的考驗(yàn)，到目前為止遼寧電網(wǎng)主干線路沒有發(fā)生大污閃事故。成功的經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)證明，合成絕緣子能有效防止污閃事故的發(fā)生。RTV涂料是有機(jī)硅彈性體。其防污性能關(guān)鍵的特性在 憎水性和憎水遷移性。在絕緣子表面施涂RTV后，所形成的涂層包覆了整個絕緣子表面，隔絕了瓷瓶與污穢物質(zhì)的接觸。當(dāng)雨水或露珠接觸到涂層表面時，就會變成水珠自動滴落，而不會形成連續(xù)的水鏈或鋪展成</p><p>　　4.輸變電設(shè)備防污閃監(jiān)測裝

48、置的設(shè)計(jì)</p><p>　　通過上述討論可知，絕緣子的等值附鹽密度和泄漏電流都可以作為監(jiān)測對象，達(dá)到防止污閃的目的，本文選取絕緣子的泄漏電流作為監(jiān)測對象。另外，絕緣子周圍環(huán)境的溫度和濕度對絕緣子的污穢程度有很大影響，因此，也將溫度和濕度作為監(jiān)測對象使系統(tǒng)的功能更完善，更有效的實(shí)現(xiàn)輸變電設(shè)備的在線監(jiān)測[4、5、6]。</p><p>　　4.1 監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)</p>&

49、lt;p>　　本文設(shè)計(jì)的輸變電設(shè)備防污閃監(jiān)測裝置硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1，系統(tǒng)包括泄漏電流變送器電路、溫濕度采集電路、人機(jī)接口電路、時鐘電路、GSM通訊模塊以及電源電路。監(jiān)測系統(tǒng)以單片機(jī)ATMEGA128為控制核心，用泄漏電流傳感器采集絕緣子的泄漏電流，泄漏電流信號經(jīng)調(diào)理電路處理后，送入單片機(jī)內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。通過溫濕度傳感器，采集絕緣子周圍環(huán)境的溫度和濕度等氣象參數(shù)，送入單片機(jī)后和電流信號匯總

50、進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。系統(tǒng)采用GSM三頻模塊實(shí)現(xiàn)無線通信，當(dāng)采集到的泄漏電流、溫度和濕度超過預(yù)設(shè)的警戒值時，單片機(jī)控制無線通信模塊向工作人員發(fā)出報(bào)警短信，使工作人員能夠第一時間掌握絕緣子的狀況，有效防止污閃事故的發(fā)生[7]。系統(tǒng)的總體軟件流程圖見附錄B。</p><p>　　圖4-1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　Fig.4-1 Block diagram of the system ha

51、rdware structure</p><p>　　4.2 泄漏電流變送器的設(shè)計(jì)</p><p>　　泄漏電流變送器由泄漏電流傳感器、濾波電路和信號調(diào)理電路等三部分構(gòu)成。</p><p>　　4.2.1 泄漏電流傳感器</p><p>　　在變電站高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測裝置中，電流傳感器起著關(guān)鍵作用，其性能直接影響高壓設(shè)備介質(zhì)損耗測量精度

52、的可靠性和穩(wěn)定性，為保證高壓設(shè)備和信號的取樣安全，主要選用穿芯結(jié)構(gòu)，由于高壓設(shè)備如套管，互感器，耦合電容器，避雷器等高壓設(shè)備的泄漏電流很小均在mA級，且傳感器工作在電磁干擾嚴(yán)重的現(xiàn)場，故傳統(tǒng)的無源傳感器無法保證相位變換誤差的精確度和穩(wěn)定性，難以滿足絕緣在線測量介質(zhì)損耗的要求。采用有源零磁通技術(shù)是提高小電流檢測精度的最好途徑。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，采用BCT-2型零磁通穿芯小電流傳感器來采集絕緣子的泄漏

53、電流。該傳感器是專門為高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測而研制的一種小電流傳感器，選用起始導(dǎo)磁率高，損耗小的坡莫合金做鐵芯，采用了獨(dú)特的深度負(fù)反饋技術(shù)和獨(dú)特的屏蔽措施，能夠?qū)﹁F芯全自動補(bǔ)償，使鐵芯工作在理想的零磁通狀態(tài)。穿芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更能保證設(shè)備的安全（孔徑30毫米），長期使用表明，該傳感器能夠準(zhǔn)確檢測100μA—700mA的工頻電流。相位變換誤差不大于0.01°，不需要任何校正及修改，所有設(shè)備一樣，互換性極強(qiáng)。具有極好溫度特性和電磁場

54、干擾能力，完全滿足復(fù)雜的電站現(xiàn)場干擾下的設(shè)備取樣的精確度。圖4-2為該電流傳感器接入監(jiān)測系統(tǒng)電路的原理圖。其接線定義如下：</p><p>　　1）VCC+：+15V或+12V；</p><p>　　2）VCC-：-15V或-12V</p><p><b>　　3）GND：地</b></p><p>　　4）DATA：信

55、號輸出</p><p>　　圖4-2泄露電流傳感器原理圖</p><p>　　Fig.4-2 Leakage current sensor principle</p><p>　　4.2.2 低通濾波電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　在電力系統(tǒng)中，由于非線性負(fù)荷的作用，使得電壓和電流的波形產(chǎn)生畸變，電網(wǎng)中出現(xiàn)了大量的高次諧波，特別是三次和五次諧

56、波的存在，給數(shù)字測量采集系統(tǒng)帶來極大危害，也使得所測參數(shù)值精確度不高。為了避免這些諧波的影響，必須有濾波電路將各次諧波濾除。常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。若濾波電路元件僅由無源元件組成，則稱為無源濾波電路。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波。若濾波電路不僅由無源元件，還由有源元件（雙極型管、單極型管、集成運(yùn)放）組成，則稱為有源濾波電路。無源濾波電路的結(jié)構(gòu)簡單，易于設(shè)計(jì)，但它的通帶放大倍數(shù)及其截止頻率都隨負(fù)載而變

57、化，因而不適用于信號處理要求高的場合。有源濾波電路的負(fù)載不影響濾波特性，因此常用于信號處理要求高的場合。有源濾波電路一般由RC網(wǎng)絡(luò)和集成運(yùn)放組成，因而必須在合適的直流電源供電的情況下才能使用，同時還可以進(jìn)行放大。根據(jù)阻帶的不同，濾波電路可分為低通、高通、帶通、帶阻濾波電路，電網(wǎng)中的諧波絕大多數(shù)是高次奇次諧波，因而本監(jiān)測系統(tǒng)需要低通濾波器[5]。 </p><p>　　根據(jù)上述討論，本文使用帶有運(yùn)算放大器的低通

58、濾波電路，由于采用了集成運(yùn)算放大器，使系統(tǒng)具有高輸入阻抗、低輸出阻抗和一定程度的反饋，避免了因負(fù)載分壓而造成的輸出信號幅值變小的缺點(diǎn)。常用的濾波器有巴特沃斯型和切比雪夫型。巴特沃斯型濾波器的特點(diǎn)是通頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線最大限度平坦，沒有起伏，而在阻頻帶則逐漸下降為零，截止特性緩慢。切比雪夫型濾波器在通頻帶內(nèi)，輸出信號幅值以某一值為中心，在一個小范圍內(nèi)上下波動，這個范圍的大小用紋波系數(shù)來表示。其通頻帶與帶阻之間變化曲線較為陡峭，截止特性好

59、。本文的目的在于濾除工頻電流中的三次、五次、七次諧波，設(shè)計(jì)了四階切比雪夫模擬濾波器，用來消除三次以上諧波對監(jiān)測系統(tǒng)造成的影響[9、10]。其設(shè)計(jì)性能要求三次諧波衰減達(dá)到40dB，其電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)如圖4-3。</p><p><b>　　圖4-3 濾波電路</b></p><p>　　Fig.4-3 Filter circuit</p><p>

60、　　4.2.3 信號調(diào)理電路</p><p>　　由于 ATMEGA128單片機(jī)內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換器只能轉(zhuǎn)換正電壓，而由濾波器輸出的交流信號既有正值，也有負(fù)值，所以應(yīng)將輸出的負(fù)電壓提升到0V以上。如圖4-4，該功能用由一個差分電路實(shí)現(xiàn)。LM285D1.2是1.235V 精密電壓源，工業(yè)級器件，它的工作電流很寬，從10μA到 20mA，精度為1%，它保證了輸出正弦波中值的穩(wěn)定。為避免輸出過電壓損壞單片機(jī)，在輸出端加了3V

61、穩(wěn)壓管。</p><p>　　圖4-4 信號調(diào)理電路</p><p>　　Fig.4-4 Signal Conditioning</p><p>　　4.3 溫濕度監(jiān)測電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3.1 溫濕度監(jiān)測電路的硬件設(shè)計(jì) </p><p>　　溫濕度的采集選用SHT1x型溫濕度傳感器中的SHT15。該系

62、列溫濕度傳感器將傳感元件和信號處理電路集成在一塊微型電路板上，輸出完全標(biāo)定的數(shù)字信號。傳感器采用專利的CMOS技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容性聚合體測濕敏感元件、一個用能隙材料制成的測溫元件，并在同一芯片上，與14位的A/D 轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無縫連接。因此，該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、響應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。兩線制的串行接口與內(nèi)部的電壓調(diào)整，使外圍系統(tǒng)集成變得快速而簡單。SHT15

63、接口定義如表4-1： </p><p>　　表4-1 SHT15芯片接口說明</p><p>　　Tab.4-1 Interface delaration</p><p>　　其中SCK用于微處理器與SHT15之間的通訊同步。DATA引腳為三態(tài)結(jié)構(gòu)，用于讀取傳感器數(shù)據(jù)。當(dāng)向傳感器發(fā)送命令時，DATA在SCK上升沿有效且在SCK高電平時必須保持穩(wěn)定。DATA在SCK下

64、降沿之后改變。為避免信號沖突，微處理器應(yīng)驅(qū)動DATA在低電平。需要一個外部的上拉電阻（例如：10kΩ）將信號提拉至高電平。圖4-5為SHT15溫濕度傳感器接入監(jiān)測系統(tǒng)的電路圖。</p><p>　　圖4-5 溫濕度傳感器電路圖</p><p>　　Fig.4-5 Temperature and humidity sensor circuit diagram</p><p

65、>　　4.3.2 溫濕度測量軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　溫濕度傳感器進(jìn)行通訊，在，傳感器通電后，需要11ms進(jìn)入休眠狀態(tài)，在此之前不允許對傳感器發(fā)送任何命令。然后，用一組“啟動傳輸”時序來完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?。它包括，?dāng)SCK時鐘高電平時DATA翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著SCK變?yōu)榈碗娖?，隨后是在SCK時鐘高電平時DATA翻轉(zhuǎn)為高電平?！皢觽鬏敗睍r序如圖4-6。</p><p>　　圖

66、4-6 “啟動傳輸”時序圖</p><p>　　Fig.4-6 Diagram of starting transmission timing</p><p>　　由單片機(jī)發(fā)布一組測量命令（‘00000101’表示相對濕度RH，‘00000011’表示溫度T）后控制器要等待測量結(jié)束。SHT15通過下拉DATA至低電平并進(jìn)入空閑模式，表示測量結(jié)束。控制器在再次出發(fā)SCK時鐘以前，必須等待這個

67、“數(shù)據(jù)備妥”信號來讀出數(shù)據(jù)。其流程圖如圖4-7。</p><p>　　圖4-7 溫濕度測量流程圖</p><p>　　Fig.4-7 Diagram of temperature and humidity measuring</p><p>　　4.4 核心控制器的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)選用ATmega128單片機(jī)作為核心控制器。目

68、前ATmega128是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器，是8位機(jī)中性能最高的一種，對于漏電保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用，這種單片機(jī)是比較適合的。ATmega128 具有如下特點(diǎn)：</p><p>　　1）先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)：133條指令，大多數(shù)可以在一個時鐘周期內(nèi)完成；32×8通用工作寄存器 + 外設(shè)控制寄存器；全靜態(tài)工作；工作16MHZ時性能高達(dá)16MIPS；只需兩個時鐘周期的硬件乘法器。

69、</p><p>　　2）非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲器：128K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash；4K字節(jié)的EEPROM；4K字節(jié)的SRAM；多達(dá)64K字節(jié)的優(yōu)化的外部存儲器空間；可以對鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)軟件加密；可以通過SPI實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程</p><p>　　3）外設(shè)特點(diǎn)：兩個具有獨(dú)立的預(yù)分頻器和比較功能的8位定時器/計(jì)數(shù)器；兩個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器、計(jì)數(shù)器；具有

70、獨(dú)立預(yù)分頻器的實(shí)時時鐘計(jì)數(shù)器；8路10位ADC；面向字節(jié)可兩線接口；兩個可編程的串行USART；可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI串行接口；具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器；片內(nèi)模擬比較器；53個可編程I/O口線和64引腳TQFP與64引腳MLF封裝；工作電壓4.5V-5.5V。圖4-8為ATmega128的最小系統(tǒng)。</p><p>　　圖4-8 ATmega128單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><

71、;p>　　Fig.4-8 Smallest system of Atmega128</p><p>　　該最小系統(tǒng)一般包括單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路。XTAL1和XTAL2分別為作用片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入和輸出。這個振蕩器可以使用石英晶體，也可以使用陶瓷諧振器。熔絲位CKOPT用來選擇這兩種放大器模式的其中之一。當(dāng)CKOPT被編程時振蕩器在輸出引腳產(chǎn)生滿幅度的振蕩。這種模式適合于噪聲環(huán)境，以及需要通過

72、XTAL2驅(qū)動第二個時鐘緩沖器的情況。而且這種模式的頻率范圍比較寬。當(dāng)保持CKOPT為未編程狀態(tài)時，振蕩器的輸出信號幅度比較小。其優(yōu)點(diǎn)是大大降低了功耗，但是頻率范圍比較窄，而且不能驅(qū)動其他時鐘緩沖器。對于諧振器，CKOPT未編程時的最大頻率為8 MHZ，CKOPT編程時為16 MHZ。C1和C2的數(shù)值要一樣，不管使用的是晶體還是諧振器。最佳的數(shù)值與使用的晶體或諧振器有關(guān)，還與雜散電容和環(huán)境的電磁噪聲有關(guān)。本系統(tǒng)選用16MHZ。</

73、p><p>　　ATmega128有5個復(fù)位源，包括上電復(fù)位、看門狗復(fù)位、掉電檢測復(fù)位、JTAG AVR復(fù)位和外部復(fù)位。此最小系統(tǒng)采用手動復(fù)位。外部復(fù)位時，當(dāng)引腳上的低電平持續(xù)時間大于最小脈沖寬度時MCU復(fù)位。在設(shè)計(jì)電路時，直接拉一只4.7K的電阻到VCC即可（R26）。為了可靠，再加上一只0.1μF的電容（C20）以消除干擾、雜波。D10（IN4148）的作用有兩個：一是將復(fù)位輸入的最高電壓鉗制在Vcc+0.5左右

74、，另一個作用是系統(tǒng)斷電時，將R26電阻短路，讓電容C20快速放電，以便下次來電時，能夠產(chǎn)生有效的復(fù)位。當(dāng)單片機(jī)在工作時，按下復(fù)位鍵時，復(fù)位腳變成低電平，觸發(fā)單片機(jī)芯片復(fù)位。ATmega128各引腳說明如下：</p><p>　　1）VCC：數(shù)字電路的電源</p><p><b>　　2）GND：地</b></p><p>　　3）RESET：復(fù)

75、位輸入引腳</p><p>　　4）XTAL1：反向振蕩放大器及片內(nèi)時鐘操作電路的輸入</p><p>　　5）XTAL2：反向振蕩放大器的輸出</p><p>　　6）AVCC：端口F及ADC的電源</p><p>　　7）AREF：ADC的模擬基準(zhǔn)輸入引腳</p><p>　　8）PEN：SPI串行下載的使能引腳&

76、lt;/p><p>　　9）端口A(PA7- PA0)：為位雙向I/O端口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻；輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流；作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流；復(fù)位發(fā)生時該端口為三態(tài)。</p><p>　　10）端口B(PB7- PB0)、 C(PC7- PC0)、D(PD7- PD0)、 E(PE7- PE0) ：與端口A具有

77、相同的I/O性能。</p><p>　　11）端口F(PF7- PF0)：為ADC的模擬輸入引腳或作為8位雙向I/O端口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻；輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流；作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流；復(fù)位發(fā)生時該端口為三態(tài)；可以作為JTAG接口。</p><p>　　12）端口G(PG4- PG0)：為5位雙向I/O端

78、口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻；輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流；作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流；復(fù)位發(fā)生時該端口為三態(tài)。</p><p>　　13）端口A、B、C、D、E、F、G：都可以作為第二功能引腳使用。</p><p>　　4.5 人機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　人機(jī)接口電路包括鍵盤電路和LCD

79、顯示電路。鍵盤電路采用4×4矩陣式鍵盤，LCD顯示電路的芯片選擇為帶字庫的HS12864。</p><p>　　4.5.1 鍵盤電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的重要手段。鍵盤實(shí)際上是一組按鍵開關(guān)的集合。通常，鍵盤開關(guān)利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)高電平或低電平。

80、常用鍵盤分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤就是各鍵相互獨(dú)立，每個按鍵各接一根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個按鍵被按下。在按鍵數(shù)目較多時，獨(dú)立式鍵盤電路需要較多的輸入口線且線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合，由于本系統(tǒng)所用的按鍵數(shù)目較多，則需要采用矩陣式鍵盤。本系統(tǒng)中的16個按鍵用于系統(tǒng)時鐘的設(shè)置，鍵盤設(shè)置如表4-2。</p><p><b>　　表4-2

81、 按鍵設(shè)置</b></p><p>　　Tab.4-2 Keyboard setting</p><p>　　用PF的8個I/O口接4×4矩陣鍵盤即可滿足需要，其中PF4-PF7為行線，PF0-PF3為列線。按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。行線通過上拉電阻(10K)接到+5V上。無鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線的電平?jīng)Q定。列

82、線的電平如果為低，則行線電平為低；列線電平如果為高，則行線的電平亦為高。這一點(diǎn)是識別矩陣鍵盤是否按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣式鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號配合起來并作適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵的位置。識別思路如下，假設(shè)S4鍵被按下，初使化時先讓PF0-PF3口輸出低電平，然后讀入PF4-PF7位，結(jié)果P7=0，而P4、P5、和P6均為1，因此第一行出現(xiàn)電平變化

83、，說明第一行有鍵按下，再讓PF4-PF7輸出全為0，然后讀入PF0-PF3位，結(jié)果PF0=0，而PF1、PF2和PF3均為1，因此，第四列出現(xiàn)電平變化，說明第四列有鍵按下。綜上所述，即第一行第四列按鍵被按下，此按鍵即為S4鍵[12]。鍵盤電路如圖4-9。</p><p><b>　　圖4-9 鍵盤電路</b></p><p>　　Fig.4-9 Keyboard ci

84、rcuit</p><p>　　為了確保CPU對一次按鍵動作只確認(rèn)一次按鍵有效，必須消除按鍵抖動期的影響。一般采用軟件來消除按鍵抖動。采用軟件來消除抖動的基本思想是：在第一次檢測到有鍵按下時，該鍵所對應(yīng)的行線為低電平，執(zhí)行一段延時10ms的子程序之后，確認(rèn)該行線電平是否仍為低電平，如果仍為低電平，則確認(rèn)該行確實(shí)有鍵按下。當(dāng)按鍵松開時，行線的低電平編程高電平，執(zhí)行一段延時10ms的子程序后，檢測該行線為高電平，說明

85、按鍵確實(shí)已經(jīng)松開。</p><p>　　4.5.2 液晶顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　在本監(jiān)測系統(tǒng)中，采用HS12864LCD液晶顯示模塊來顯示系統(tǒng)的時間、采集到的泄漏電流和溫濕度。該模塊電路如圖4-10</p><p>　　圖4-10 液晶顯示電路圖</p><p>　　Fig.4-10 LCD circuit diagram<

86、/p><p>　　HS12864-15系列中文圖形液晶模塊可顯示漢字和圖形，顯示分辨率為128×64點(diǎn)，內(nèi)置8192個16×16點(diǎn)陣中文漢字和128個16X8點(diǎn)陣ASCII字符。通訊方式有串行和并行兩種方式。通過PSB腳接高電平或低電平來選擇模塊是使用并口還是串口。本系統(tǒng)采用串行通訊方式。內(nèi)置該芯片軟件特點(diǎn)如下：</p><p>　　1）文字與圖形混合顯示功能</p&

87、gt;<p><b>　　2）畫面清除功能</b></p><p><b>　　3）光標(biāo)歸位功能</b></p><p><b>　　4）顯示開、關(guān)功能</b></p><p>　　5）光標(biāo)顯示、隱藏功能</p><p>　　6）顯示字體閃爍功能</p>

88、;<p><b>　　7）光標(biāo)移位功能</b></p><p><b>　　8）顯示移位功能</b></p><p>　　9）垂直畫面旋轉(zhuǎn)功能</p><p><b>　　10）反白顯示功能</b></p><p><b>　　11）休眠模式</b

89、></p><p>　　表4-3為HS12864引腳說明。</p><p>　　表4-3 HS12864引腳說明</p><p>　　Tab.4-3 HS12864 pin discription</p><p>　　4.6 時鐘電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　在以單片機(jī)和核心的系統(tǒng)裝置中，經(jīng)常需要一個實(shí)時的時鐘

90、和日歷，以便對一些實(shí)時發(fā)生事件記錄時給予時標(biāo)，實(shí)時時鐘芯片便可起到這種作用。在過去的一些系統(tǒng)裝置中使用的并行接口時鐘芯片，已經(jīng)可以完全滿足單片機(jī)系統(tǒng)對實(shí)時時鐘的要求，但是這些芯片與單片機(jī)的接口復(fù)雜且占用地址，數(shù)據(jù)總線接線多。另外，芯片體積大，占用空間多，給系統(tǒng)設(shè)計(jì)造成不便。近年來，串行接口的各種實(shí)時時鐘芯片出現(xiàn)了不少，DS1302是一個綜合性能較好且價(jià)格經(jīng)濟(jì)的串行接口實(shí)時時鐘芯片。低功耗時鐘芯片DS1302可以對年、月、日、時、分、秒進(jìn)

91、行計(jì)時，它用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄，這種記錄對長時間的連續(xù)的測控系統(tǒng)結(jié)果的分析以及對異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的時間和原因的查找有重要的意義[14、15、16]。而本文所設(shè)計(jì)的輸變電防污閃監(jiān)測裝置需要的正是這種時鐘系統(tǒng)。工作人員可以通過該時鐘系統(tǒng)查詢到某些所需數(shù)據(jù)出現(xiàn)的時間，時間記錄準(zhǔn)確，軟件設(shè)計(jì)簡單，不僅能夠避免連續(xù)記錄的大工作量，而且能夠避免定時記錄的盲目性。人們可以通過對這些

92、數(shù)據(jù)的分析，總結(jié)出防污閃事故的相應(yīng)措施，對防污閃工作有重要現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　圖4-11 DS1302時鐘電路</p><p>　　Fig.4-11 DS1302 clock circuit</p><p>　　DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信，內(nèi)含有一個實(shí)時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，實(shí)時時鐘

93、/日歷電路提供秒、分、時、日、日期、月和年的信息。對于小于31天的月和月末的日期自動進(jìn)行調(diào)整，也包括閏年校正的功能?？赏ㄟ^ AM/PM 指示決定采用24或12小時格式，DS1302與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個口線，即引腳SCLK、引腳I/O和引腳。DS1302工作時功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時功率均小于1mW。工作電壓范圍較寬，在2.0-5.5V之間可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，也可關(guān)閉充電功能

94、，采用32.768HZ晶振。備用電源BT1可以用電池或電解電容。雖然DS1302在主電源掉電后耗電量很小，但如果要實(shí)現(xiàn)時鐘長時間正常工作，最好選用小型充電電池。</p><p>　　DS1302有主電源/后備電源雙電源引腳：VCC1在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源，并提供低功率的電池備份；VCC2在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)用方式中，VCC1 連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存時間信息以及數(shù)

95、據(jù)。DS1302由VCC1或VCC2中較大者供電。當(dāng)VCC2大于VCC10.2V時，VCC2給DS1302供電；當(dāng) VCC2小于VCC1時，DS1302由VCC1供電[14、15]。DS1302的外部引腳功能說明如表4-4所示。</p><p>　　表4-4 DS1302引腳說明</p><p>　　Fig.4-4 DS1302 pin description</p><

96、;p>　　DS1302在進(jìn)行任何數(shù)據(jù)傳送時必須先進(jìn)行初始化，把RST腳置為高電平，然后把8位地址和命令字裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿被輸入。無論是讀周期還是寫周期，開始8位指定40個寄存器中哪個被訪問到。在開始8個時鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的時鐘周期在讀操作時輸出數(shù)據(jù)，在寫操作時寫入數(shù)據(jù)。時鐘脈沖的個數(shù)在單字節(jié)方式下為8加8，在多字節(jié)方式下為8加字節(jié)數(shù)，最大可達(dá)248字節(jié)數(shù)。其初始化程序、地址和數(shù)據(jù)發(fā)送

97、子程序、數(shù)據(jù)讀取子程序如下：</p><p>　　#define WRITE_SECOND 0x80</p><p>　　#define WRITE_MINUTE 0x82</p><p>　　#define WRITE_HOUR 0x84</p><p>　　#define READ_SECON

98、D 0x81</p><p>　　#define READ_MINUTE 0x83</p><p>　　#define READ_HOUR 0x85</p><p>　　#define WRITE_PROTECT 0x8E //位尋址寄存器定義</p><p>　　

99、sbit ACC_7 = ACC^7; //管腳定義</p><p>　　sbit SCLK = PD0; // DS1302時鐘信號 7腳</p><p>　　sbit DIO= PD1; // DS1302數(shù)據(jù)信號

100、6腳</p><p>　　sbit CE = PD2; // DS1302片選 5腳</p><p>　　//地址、數(shù)據(jù)發(fā)送子程序</p><p>　　void Write1302 ( unsigned char addr,dat ) </p><p><b>

101、;　　{</b></p><p>　　unsigned char i,temp;</p><p>　　CE=0; //CE引腳為低，數(shù)據(jù)傳送中止</p><p>　　SCLK=0; //清零時鐘總線</p><p>　　CE = 1;

102、 //CE引腳為高，邏輯控制有效</p><p><b>　　//發(fā)送地址</b></p><p>　　for ( i=8; i>0; i-- ) //循環(huán)8次移位</p><p>　　{ SCLK = 0;</p><p>　　temp = addr;</p>

103、;<p>　　DIO = (bit)(temp&0x01); //每次傳輸?shù)妥止?jié) </p><p>　　addr >>= 1; //右移一位</p><p><b>　　SCLK = 1;</b></p><p><b>　　}</b></p&

104、gt;<p><b>　　//發(fā)送數(shù)據(jù)</b></p><p>　　for ( i=8; i>0; i-- ) </p><p>　　{ SCLK = 0;</p><p>　　temp = dat;</p><p>　　DIO = (bit)(temp&0x01);

105、 </p><p>　　dat >>= 1; </p><p><b>　　SCLK = 1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　CE = 0; </p><p><b&g

106、t;　　}</b></p><p><b>　　//數(shù)據(jù)讀取子程序</b></p><p>　　unsigned char Read1302 ( unsigned char addr )</p><p>　　{ unsigned char i,temp,dat1,dat2;</p><p>　　CE=0;

107、 </p><p>　　SCLK=0; </p><p><b>　　CE = 1; </b></p><p><b>　　//發(fā)送地址</b></p><p>　　for ( i=8; i>0; i-- )

108、//循環(huán)8次移位</p><p>　　{ SCLK = 0;</p><p>　　temp = addr;</p><p>　　DIO = (bit)(temp&0x01); //每次傳輸?shù)妥止?jié)</p><p>　　addr >>= 1; //右移一位<