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【摘要】对于输电线路，特别是超高压输电线路而言，严重的覆冰极易造成故障，严重时甚至会出现大面积停电等事故的发生。因此，很有必要对我国超高压线路覆冰绝缘子泄漏电流的测量进行研究。鉴于此，本文结合绝缘子覆冰泄漏电流测量的特点，对测量系统的硬件及软件分别进行了设计。
【关键词】超高压输电线路；覆冰绝缘子；泄漏电流；测量系统
作为一种特殊的污秽，覆冰绝缘子的闪络发生机制同污秽放电相同，也是由于泄漏电流造成的。因此，覆冰绝缘子泄漏电流的发展及变化是其可否形成完全闪络的一个基本因素。因此，对泄漏电流进行测量，分析其变化及发展规律对于覆冰绝缘子闪络事故机制的分析及监测具有十分重要的意义。本文以国内外研究成果为基础，对超高压输电线路覆冰绝缘子泄漏电流测量系统的设计及实现进行了研究。
1.硬件设计
1.1 硬件设计的相关要求分析
所设计的覆冰绝缘子泄漏电流策略系统要求能够多通道进行采样，且信号分析及处理过程稳定可靠，采样效率较高，测量的精度较高，测量范围较广，存储数据量大，系统易于维护、升级，测量及安装过程方便可靠等，因此，这就为硬件设计提出了一系列要求，具体如下：一是要求系统具备良好的输出特性，并具有较高的测量精度；二是要求系统具备足够高的抗干扰能力，并具有良好的稳定性及可靠性；三是要求系统具有足够高的存储及运算能力。
1.2 硬件结构的设计
该测量系统设计时主要基于如下原理：在绝缘子接地线中将精度较高的电流互感器串入，来对电流信号进行取样，借助于光纤技术实现采样及信号的数字化传输过程，试验信号经电容分压器即可得到准确的测量。此外，借助于数字信号处理及虚拟仪器等技术，对电流或电压信号进行分析、处理、显示及存储。如图1所示。
1.3 电流传感器的选取
此环节是硬件设计的重中之重，并关系着整个系统的最终设计效果。本文采用的是基于电磁式电流互感器的测量系统，电磁式互感器不仅结构十分简单，而且拥有较高的灵敏度及精度。本文通过分档测量形式分别对1mA-1A及1A-100A的信号进行了取样。并借助于互感器的电磁饱和性，对保护电路进行了设计，使得输出电压处在数据采集卡中的最佳采集范围内，获取信号后借助于软件合成各个通道的电流信号，从而对覆冰绝缘子泄漏电流发展及变化状况进行全面的反映。
1.4 基于光纤技术的光电电流互感器的设计
由于光纤技术具有较强的抗干扰能力及较高的绝缘性能，因此可以有效实现电流信号的数字化传输。基于光纤技术的光电电流互感器主要负责将接地线电流信号转换为电压信号，将电压信号转变为数字信号，再将电信号转变为光信号，将光信号转变为电信号，经输出即为最终的电压信号，经测量仪表的转换即可获取泄漏电流的相位及幅值等信息。
1.5 电压信号的测量
采用OIDP50高压差分探头，以不同的施加电压对各变比档位进行选择，并将所采集的电压信号转变为采集范围内，经由同轴电缆，将电压信号传输至工控机中。
1.6 数据采集卡的选择
该系统采用的是USB-9215A数据采集卡，采样率最高为100KS/s，分辨率可达16位，输入范围最大在-10-10V之间，可同时进行四个通道模拟输入数据的采集，且角差及比差的分散性十分小，由此可见，该型号的数据采集卡可以满足系统同步采集方面的需求。
2.软件设计
2.1 图形化编程语言
该系统采用的是图形化编程语言Lab VIEW对系统的软件进行开发。Lab VIEW是一种基于图形的编程语言，并受到了广泛的应用，已经成为有关领域在数据采集及控制方面的标准软件。Lab VIEW满足了硬件及通讯等所有功能，还对软件标准库函数进行了设置，因此，Lab VIEW已经成为功能十分庞大的一项编程语言及软件开发环境。
2.2 软件结构的设计
Lab VIEW内部设置有信号的采集、测量、分析、处理及显示等多项功能。因此，借助于此编程语言可在对底层设备驱动程序进行调用的同时，经各类函数模块的组合生成相应的软件来对采集及传输过程进行控制。用户根据需求可对数据采集及其存储过程进行控制，对信号进行分析和处理，并进行各种人机界面的设计。Lab VIEW依据各功能进行相应程序模块的设计，并对各模块进行有效集成及最终调试。系统软件程序的流程图如图2所示。
2.3 软件的设计
系统采用的是多面板显示设计，将系统所需实现的各项功能在三大面板中分别进行显示及控制。系统主界面有5个按钮，依此为登陆、开始测量、显示特征量、回放波形及退出系统。进入界面首先应点击登陆，此时会出现一个对话框，将用户名及密码输入，输入正确后可进入开始测量、显示特征量及回放波形三个界面中。其中，用户名及密码是由字符数组成的，其保护功能主要是以设计模块化程序为依据实现的，当用户登陆信息正确后方可执行其他功能模块。登陆模块的设置是为了避免其他人员随意进行软件设置信息的修改。
软件部分包括了电流、电压波形的即时监控，根据电压信号中将电压峰值、频率及有效值提取出来，根据电流信号将峰值平均值、脉冲数、累积电荷量、谐波含量等信息提取出来。软件对电压及电流波形、电流电压特征量以及频谱分析等进行显示和存储，事后还可以将数据调出来进一步分析。储存波形可以将所采集的各个点均存储于文件中，事后可将其调出对闪络试验中电流及电压变化及发展趋势、瞬间突变等情况进行分析。其中，电流与电压通道同时进行采样，各通道的采样率均为50kS/s。每采样一次所得数据紧跟着上次数据之后。在对波形数据进行保存时，每隔20s进行新文档的创建，最终各文档分别对电流和电压的1.0×106个数据点进行存储。
3.结论
综上所述，本文以超高压输电线路覆冰绝缘子泄漏电流测量特征为依据，结合覆冰绝缘子泄漏电流测量系统的相关要求，构建了一套覆冰绝缘子泄漏电流测量系统。充分利用光纤传输的强抗干扰性、高绝缘性等优点，对超高压输电线路覆冰绝缘子泄漏电流的信号进行了提取。并利用Lab VIEW进行了软件系统的开发，可以对泄漏电流的各种特征量进行分析和储存，事后可调出所存储的数据进行分析，这对于事后进行超高压线路覆冰绝缘子闪络特性的分析具有十分重要的意义。
参考文献
[1]杨乐平，李海涛，杨磊.Lab VIEW程序设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2004.
[2]关志成.绝缘子及输变电设备外绝缘[M].北京：清华大学出版社，2006.
【关键词】超高压输电线路；覆冰绝缘子；泄漏电流；测量系统
作为一种特殊的污秽，覆冰绝缘子的闪络发生机制同污秽放电相同，也是由于泄漏电流造成的。因此，覆冰绝缘子泄漏电流的发展及变化是其可否形成完全闪络的一个基本因素。因此，对泄漏电流进行测量，分析其变化及发展规律对于覆冰绝缘子闪络事故机制的分析及监测具有十分重要的意义。本文以国内外研究成果为基础，对超高压输电线路覆冰绝缘子泄漏电流测量系统的设计及实现进行了研究。
1.硬件设计
1.1 硬件设计的相关要求分析
所设计的覆冰绝缘子泄漏电流策略系统要求能够多通道进行采样，且信号分析及处理过程稳定可靠，采样效率较高，测量的精度较高，测量范围较广，存储数据量大，系统易于维护、升级，测量及安装过程方便可靠等，因此，这就为硬件设计提出了一系列要求，具体如下：一是要求系统具备良好的输出特性，并具有较高的测量精度；二是要求系统具备足够高的抗干扰能力，并具有良好的稳定性及可靠性；三是要求系统具有足够高的存储及运算能力。
1.2 硬件结构的设计
该测量系统设计时主要基于如下原理：在绝缘子接地线中将精度较高的电流互感器串入，来对电流信号进行取样，借助于光纤技术实现采样及信号的数字化传输过程，试验信号经电容分压器即可得到准确的测量。此外，借助于数字信号处理及虚拟仪器等技术，对电流或电压信号进行分析、处理、显示及存储。如图1所示。
1.3 电流传感器的选取
此环节是硬件设计的重中之重，并关系着整个系统的最终设计效果。本文采用的是基于电磁式电流互感器的测量系统，电磁式互感器不仅结构十分简单，而且拥有较高的灵敏度及精度。本文通过分档测量形式分别对1mA-1A及1A-100A的信号进行了取样。并借助于互感器的电磁饱和性，对保护电路进行了设计，使得输出电压处在数据采集卡中的最佳采集范围内，获取信号后借助于软件合成各个通道的电流信号，从而对覆冰绝缘子泄漏电流发展及变化状况进行全面的反映。
1.4 基于光纤技术的光电电流互感器的设计
由于光纤技术具有较强的抗干扰能力及较高的绝缘性能，因此可以有效实现电流信号的数字化传输。基于光纤技术的光电电流互感器主要负责将接地线电流信号转换为电压信号，将电压信号转变为数字信号，再将电信号转变为光信号，将光信号转变为电信号，经输出即为最终的电压信号，经测量仪表的转换即可获取泄漏电流的相位及幅值等信息。
1.5 电压信号的测量
采用OIDP50高压差分探头，以不同的施加电压对各变比档位进行选择，并将所采集的电压信号转变为采集范围内，经由同轴电缆，将电压信号传输至工控机中。
1.6 数据采集卡的选择
该系统采用的是USB-9215A数据采集卡，采样率最高为100KS/s，分辨率可达16位，输入范围最大在-10-10V之间，可同时进行四个通道模拟输入数据的采集，且角差及比差的分散性十分小，由此可见，该型号的数据采集卡可以满足系统同步采集方面的需求。
2.软件设计
2.1 图形化编程语言
该系统采用的是图形化编程语言Lab VIEW对系统的软件进行开发。Lab VIEW是一种基于图形的编程语言，并受到了广泛的应用，已经成为有关领域在数据采集及控制方面的标准软件。Lab VIEW满足了硬件及通讯等所有功能，还对软件标准库函数进行了设置，因此，Lab VIEW已经成为功能十分庞大的一项编程语言及软件开发环境。
2.2 软件结构的设计
Lab VIEW内部设置有信号的采集、测量、分析、处理及显示等多项功能。因此，借助于此编程语言可在对底层设备驱动程序进行调用的同时，经各类函数模块的组合生成相应的软件来对采集及传输过程进行控制。用户根据需求可对数据采集及其存储过程进行控制，对信号进行分析和处理，并进行各种人机界面的设计。Lab VIEW依据各功能进行相应程序模块的设计，并对各模块进行有效集成及最终调试。系统软件程序的流程图如图2所示。
2.3 软件的设计
系统采用的是多面板显示设计，将系统所需实现的各项功能在三大面板中分别进行显示及控制。系统主界面有5个按钮，依此为登陆、开始测量、显示特征量、回放波形及退出系统。进入界面首先应点击登陆，此时会出现一个对话框，将用户名及密码输入，输入正确后可进入开始测量、显示特征量及回放波形三个界面中。其中，用户名及密码是由字符数组成的，其保护功能主要是以设计模块化程序为依据实现的，当用户登陆信息正确后方可执行其他功能模块。登陆模块的设置是为了避免其他人员随意进行软件设置信息的修改。
软件部分包括了电流、电压波形的即时监控，根据电压信号中将电压峰值、频率及有效值提取出来，根据电流信号将峰值平均值、脉冲数、累积电荷量、谐波含量等信息提取出来。软件对电压及电流波形、电流电压特征量以及频谱分析等进行显示和存储，事后还可以将数据调出来进一步分析。储存波形可以将所采集的各个点均存储于文件中，事后可将其调出对闪络试验中电流及电压变化及发展趋势、瞬间突变等情况进行分析。其中，电流与电压通道同时进行采样，各通道的采样率均为50kS/s。每采样一次所得数据紧跟着上次数据之后。在对波形数据进行保存时，每隔20s进行新文档的创建，最终各文档分别对电流和电压的1.0×106个数据点进行存储。
3.结论
综上所述，本文以超高压输电线路覆冰绝缘子泄漏电流测量特征为依据，结合覆冰绝缘子泄漏电流测量系统的相关要求，构建了一套覆冰绝缘子泄漏电流测量系统。充分利用光纤传输的强抗干扰性、高绝缘性等优点，对超高压输电线路覆冰绝缘子泄漏电流的信号进行了提取。并利用Lab VIEW进行了软件系统的开发，可以对泄漏电流的各种特征量进行分析和储存，事后可调出所存储的数据进行分析，这对于事后进行超高压线路覆冰绝缘子闪络特性的分析具有十分重要的意义。
参考文献
[1]杨乐平，李海涛，杨磊.Lab VIEW程序设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2004.
[2]关志成.绝缘子及输变电设备外绝缘[M].北京：清华大学出版社，2006.