±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(chǎng)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(cè)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(cè)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(chǎng)傳感器的研究及器件的選擇

直流電場(chǎng)檢測(cè)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(chǎng)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(chǎng)的檢測(cè)裝置。

高壓直流電場(chǎng)測(cè)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(cè)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(chǎng)的測(cè)量通過電容式電場(chǎng)測(cè)試儀將直流合成場(chǎng)轉(zhuǎn)換成交流量，測(cè)量直流場(chǎng)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(cè)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(cè)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(cè)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?chǎng)強(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(chǎng)檢測(cè)裝置測(cè)試電場(chǎng)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(cè)量電場(chǎng)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(chǎng)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(cè)量就可以測(cè)出此時(shí)的電場(chǎng)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(cè)試場(chǎng)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(cè)模塊和接收模塊兩部分，檢測(cè)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(chǎng)工作10小時(shí)。(1)檢測(cè)模塊：檢測(cè)端由IP65防水鋁盒、電場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)的檢測(cè)，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(shì)，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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[2]袁詩海，李德輝，探討±800kV特高壓直流輸電線干字型鐵塔組立施工工法[J].大科技，2015 (6): 65-65，66.

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。