【正文】 當(dāng)?shù)卮髿鈮海? 只要精確測出當(dāng)?shù)卮髿鈮?，即可知鏡面壓力。但目前常用的還是以上三種方法。 對測量人員的要求很高。 體積分?jǐn)?shù)值 ppmV（μ L/L）及其影響因素 鑒于上述水分存在的危害， 相關(guān)的國際和部標(biāo)對水分的控制與限定作出了明文規(guī)定（如表 21）。 采用露點(diǎn)法測量直接反應(yīng)的是測量壓力下（一般是從設(shè)備經(jīng)露點(diǎn)儀和排氣管向大氣均勻穩(wěn)定放氣， 故視為一個(gè)大氣壓） SF6 氣體中水分的凝露點(diǎn)溫度所對應(yīng)的飽和水氣壓， 即設(shè)備中的氣體降到一個(gè)氣壓時(shí) 的絕對水氣壓， 然后用這個(gè)絕對水氣壓乘以 106 再除以凝露室的壓力（即當(dāng)時(shí)的大氣壓） 才能得到 ppmV 值。 表 21 GB8905 中 SF6設(shè)備在 200c時(shí)的氣體濕度允許值 ? 氣體壓力的影響 我們從有些文獻(xiàn)資料中曾看到 ppmV 值不取決于壓力高低， 比如說， 如果 SF6 氣體壓力為 304Kpa（ 3atm）， 微水含量為 300ppmV， 那么當(dāng)壓力減釋為 101Kpa（ 1atm）時(shí)，仍然為 300ppmV 的含水量。 0 0c時(shí)水的飽和蒸汽壓為 。 圖 22 SF6電器設(shè)備水分管理界線 ? 溫度的影響 當(dāng)設(shè)備內(nèi)的水氣總量不變時(shí)， 若設(shè)備所處的溫度不同， 測量所得的 ppmV 值就明顯不同，正是由于這一客觀事實(shí)的存在才有表 21“ 200c體積比”的出臺(tái)。 SF6 電氣設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件（包括外殼內(nèi)表）與 SF6 氣體構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，處于固體表面的原子，由于周圍原子對它的作用力不對稱， 即原子所受的力不飽和， 周圍有剩余力場， 可以吸附氣體。 表 21雖然給出了 “ 200c 體積比” 的要求， 但沒有給出其他溫度下的 ppmV 值與20 0c 時(shí) ppmV 值的換算關(guān)系， 實(shí)際上也不可能足夠精確的給出這種普遍適用的關(guān)系。 ? 檢測系統(tǒng)和操作者個(gè)體的影響 表 22 是不同類型微水測量儀對同一瓶 SF6新氣含水量測試的結(jié)果 [36]?？此齐y以接受，實(shí)則不足為怪。 0c 為止”， 而讀數(shù)相差一度， 所得絕對水含量就有可觀的變化 。 這又從另一個(gè)角度告訴我們，離線檢測 SF6 氣體含水量所得的 ppmV 值對檢測目的實(shí)用性的欠缺。前已述及有研究表明，相對濕度達(dá)到 30％以上時(shí)， 沿面放電電壓才開始明顯下降。 以相對濕度作為水分含量的表示與控制指標(biāo)， 最明顯的好處時(shí)拋開了溫度和壓力的影響， 某溫度下的相對濕度本身就是氣體中絕對水氣壓對飽和水氣壓的比， 可直接從相對濕度的多少看清離凝露有多少裕度。 密度在線監(jiān)測的基本原理 因?yàn)闇囟鹊囊蛩兀? 壓力不能直接反應(yīng) SF6 氣體的密度大小和泄漏狀況。 從壓力表、 溫度計(jì)和狀態(tài)參數(shù)曲線監(jiān)測氣體密度的方法出發(fā)， 利用現(xiàn)代電子及傳感器技術(shù)， 可以找到一種精確的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測氣體密度的方法。系數(shù) A、 B 分別為： A? ?10?4(1??10?3?) （ ） B??10?3?(1??10?3?) （ ） 本論文所述的 SF6 氣體密度在線監(jiān)測的方法就是， 用一定精度的壓力和溫度傳感器直接測量出氣體的壓力 P和溫度 t， 在嵌入式系統(tǒng)中利用 SF6 氣體狀態(tài)參數(shù)方程直接 計(jì)算出氣體密度ρ 。 用此種方法實(shí)現(xiàn)的密度儀能很方便的做到密度和 20 0c 壓力的直接顯示與遠(yuǎn)傳；監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄、 分析與備份； 密度低限的報(bào)警等功能， 實(shí)現(xiàn)真正意義上的自動(dòng)化與XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 16 無人值守。 這時(shí)可取 xk＋ 1 作為 式根的近似值。 將 式、 式代入方程 式： XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 17 所以有： 將密度單位 （ Kg/m3） 改 變?yōu)? kg/L3。 ， 單位為 kg/m3。 上層機(jī)選 用 PC 機(jī)， 它通過通訊接口與下層的監(jiān)測儀即時(shí)交換數(shù)據(jù)。 80C196KC 屬于高性能單片機(jī)， 采用 CMOS 工藝， 具備 16 位數(shù)據(jù)總線， 具有豐富的指令系統(tǒng)和較快的執(zhí)行速度。 截止頻率為 fc=1/2pRC=1/2 103 470 10?9?， 僅允許五次諧波通過。具體電路如圖 33 所示。 XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 22 A/D 轉(zhuǎn)換電路 圖 35 A/D轉(zhuǎn)換電路 系統(tǒng) A/D 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片選用的是美國 AD 公司推出的一種 12 位帶并行微機(jī)接口的逐逼近型模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 AD1674。 5V， 177。具體電路如圖 35所示： 這里模擬信號選擇 0V～ 10V 單極輸入， 轉(zhuǎn)換結(jié)果通過 8數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)接口。轉(zhuǎn)換啟動(dòng)時(shí)，在 CE和 CS 有效之前， R/C 必須為低，如果 R/C 為高，則立即進(jìn)行讀操作，這樣會(huì) 造成系統(tǒng)總線的沖突。 MAX706 是一組 CMOS 監(jiān)控電路， 能夠監(jiān)控電源電壓、 電池故障和微處理器的工作狀態(tài)， 并產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位。在超過此門限后， 內(nèi)部定時(shí)器大約再維持200ms 后釋放 RESET， 使其返回高電平。如果在 內(nèi) WDI端沒有收到來自 MPU/MCU 的觸發(fā)信號（通稱為“喂狗”），并且 WDI 處于非高阻態(tài)， 則 WDO輸出變低。 不需要任何外部元件。 該液晶采用 128 64點(diǎn)陣格式， ＋ 5伏單電源驅(qū)動(dòng)， 工作溫度－ 20 0c～＋ 70 0c， 滿足一般戶外工作環(huán)境的要求。在改進(jìn)的顯示電路中， 我們用數(shù)字電位器代替原有的可調(diào)電阻， 改進(jìn)后的電路具有多檔位自 動(dòng)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。 滑動(dòng)端的位置可以被貯存在一個(gè)非易失性存貯器中， 因而在下一次上電工作時(shí)可以被重新調(diào)入。 其中的 U/D 和 INC 接鎖存器 74ALS273 的輸出， 由 51 單片機(jī)控制。 量值顯示：可以顯示相對濕度、 200c 濕度、實(shí)事濕度、 200c 壓力等眾多數(shù)值。計(jì)算分子第一項(xiàng)時(shí)先乘以1024， 計(jì)算后右移 10 位； 再與查表數(shù)據(jù)做乘法后除以 SF6 氣體實(shí)時(shí)壓力 。 為滿足以上所描述的要求， 本監(jiān)測裝置選用 Senex 公司生產(chǎn)壓力變送器， 型號為DG1300BZB3 1/AA/CD20。裝 置上電之后， CPU系統(tǒng)自動(dòng)從 EPROM程序存儲(chǔ)器中 讀入程序到內(nèi)部 RAM中運(yùn)行， CPU系統(tǒng)的程序指針 自動(dòng)指向主程序入口處開始往下執(zhí)行程序。 圖４－１軟件框圖 4. 3 在線監(jiān)測系統(tǒng)上層 機(jī)就地管理軟件設(shè)計(jì) 上層機(jī)就地管理軟件負(fù)責(zé) SF6氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)的就地管理， 采用 Visual C+。若上電自檢正常則進(jìn)入通訊中斷初始化、 顯示掃描中斷初始化。所以 P(MPa) ? （ I(mA) ? 4） /16 溫度測量采用 AD590 溫度傳感器， 電流輸出型，每 1μ A 電流為 1K 氏溫度， 公 式表示為 XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 28 T(K) ? I(μ A)或者 T(℃ ) ? I(μ A) ? 通過前面對氣體參數(shù)傳感部分的介紹可以看出， 硬件電路的前向模擬通道部分還是比較容易實(shí)現(xiàn)的。 市面上滿足監(jiān)測要求的壓力傳感器和壓力變送器很多。 4. 1 在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件主要算法 濕度計(jì)算算法 ? 相對濕度計(jì)算 ： RH? ?Vout ? Vs 取 Vout 單位為 mV， Vs 為 5V，則 RH? ? Vout ? 等式兩邊同乘以 1024 1024?RH? 40?Vout ? 39424， 計(jì)算畢， 右移 4 位， 則得 64 RH。 其主要功能如下 : 信息采集：能夠?qū)毫Α囟?、濕度三類模擬量進(jìn)行采集，并據(jù)此對 SF6 氣體狀態(tài) 做出判斷。 例如 X9313W（ 10K?）的每個(gè)抽頭間的阻值為 323?。 在每個(gè)單元之間和二個(gè)端點(diǎn)都有可以被滑動(dòng)單元訪問的抽頭點(diǎn)。其接口電路如圖 310 所示，當(dāng) CLK1 有效時(shí)， D0～ D7總線與液晶模塊的數(shù)據(jù)總線 DB0～ DB7 連通， 數(shù)據(jù)被讀入到液晶模塊自帶的 ram，當(dāng) CLK2 有效時(shí)， D0～ D7 總線與 DI、 R/W 等控制信號相連， D0～ D7總線上的信號按位通過控制線對液晶模塊的讀寫狀態(tài)進(jìn)行控制。 圖 39 SN65LBC184 將 RO、 DI引腳直接與單片機(jī)的 RXD、 TXD 引腳相連， DE 為 RS485 接受 /發(fā)送使能控制端， 將其與 80C1 96 的高速輸出部件 引腳相接， 由單片機(jī)在規(guī)定的時(shí)間通過 引腳輸出高、 低電平信號， 以控制 RS485 總線處于發(fā)送 /接受狀態(tài) 。 XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 24 圖 38 看門狗電路圖 通信接口電路 裝置采用 RS485 與外部進(jìn)行通信， 由于 80C196 已自帶全雙工串行口， 只需在外圍擴(kuò)展一 RS485 硬件接口電路， 如圖 39所示。 如果在已經(jīng)開始的復(fù)位脈沖期間出現(xiàn)電源跌落， 復(fù)位脈沖至少再維持 140ms。對于 MAX706 而言， 在上電期間只要 Vcc 大于 ， 就能保證輸出電壓不高于 的低電平。 而數(shù)據(jù)輸出緩沖器將比 STS提前 變低，且在整個(gè)轉(zhuǎn)換期間內(nèi)不導(dǎo)通。 獨(dú)立模式主要用于具有專門輸入端系統(tǒng)， 因而不需要有全總線的接口能力。 12V/177。其采樣頻率為 100kHz， 轉(zhuǎn)換時(shí)間為10181。 其真值表如圖 34 所示： 圖 33 多路轉(zhuǎn)換電路圖 圖 34 AD7501 真值表 由圖中的真值表可以看出， 將使能端 EN 置 1， 當(dāng) CHH CHH CHH0 三根線電平分別為 000 時(shí)， S0 開關(guān)導(dǎo)通， TA 信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換， 當(dāng)三根線的電平為 001時(shí)， HA 信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 圖 32 信號調(diào)理電路圖 XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 21 多路轉(zhuǎn)換電路 由于選用的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片每次只能轉(zhuǎn)換一路信號， 3 路輸入信號經(jīng)調(diào)理后， 需要 經(jīng)過一個(gè)多路復(fù)用芯片控制其單路輸出。雖然目前數(shù)字信號處理器（ Digital Signal Processor， DSP）憑借其強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力， 在電力系統(tǒng)測控裝置中應(yīng)用廣泛， 當(dāng)基于本裝置應(yīng)用場合數(shù)據(jù)量不大，而且收到溫度、壓力傳感器等硬件限制，對實(shí)時(shí)性要求不是太高， 80C196KC 單片機(jī)完全可以滿足性能要求， 且擁有豐富的片上資源可供擴(kuò)展， 具有很高的成本優(yōu)勢。同時(shí)可進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，包括顯示，打印等功能。 SF6氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu) 整個(gè)系統(tǒng)主要由 3塊插件板構(gòu)成，分別為 CPU 板、電源板、液晶顯示板。 計(jì)算前做如下 置換 ， 則 XXXXXXXXXXXXX設(shè)計(jì)（論文題目） 18 將上式轉(zhuǎn)化為定點(diǎn)計(jì)算算法，賦迭代初值 Mk= 800，將溫度（ K氏度）和 P39。 算法推導(dǎo)分析 在前兩節(jié)分析的基礎(chǔ)上，本節(jié)主要針對 、 、 式方程組，推導(dǎo)出計(jì)算密度以及計(jì)算 20 0c溫度下壓力的算法， 并分析其收斂性。 迭代法是計(jì)算方法中構(gòu)造許多數(shù)學(xué)問題算法的一種基本方法，它便于程序?qū)崿F(xiàn)，對數(shù)字求解非線形性方程及線形代數(shù)方程組十分有效。 現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)仍習(xí)慣于用 20 0c的壓力來判斷 SF6高壓電器設(shè)備是否壓力越線。 根據(jù)擬合方法和擬合精度的不同，可以得到很多種不同方程次數(shù)、 不同形式的關(guān)系式。 目前使用的密度繼電器能對壓力進(jìn)行溫度補(bǔ)償， 顯示出補(bǔ)償?shù)侥骋粶囟认職怏w壓力的大小 （實(shí)際上可以表示密度）。 目前，傳感和在線監(jiān)測技術(shù)高速發(fā)展， 高分子聚合物等類型的電容式低濕測量用傳感器已完全能滿足 SF6 氣體絕緣設(shè)備中濕度測量的要求， 在線監(jiān)測以便及時(shí)控制水分含量式完全可行的。 如 500KV 斷路器 時(shí)測得含水量為 1217ppmV， 29～35 0c 時(shí)測得其含水量為 2069ppmV， 9 0c 時(shí)為 都能長期正常運(yùn)行。 氣溫為 250c 時(shí)， 水蒸氣的飽和水氣壓為 Kpa， 若測得某個(gè)定充氣壓為 Mpa