CC430的真空開關(guān)真空度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、CC430的真空開關(guān)真空度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 真空開關(guān)的真空度在發(fā)生變化時(shí)會(huì)引起屏蔽罩發(fā)生一系列變化，利用傳感器檢測(cè)屏蔽罩的電信號(hào)，再經(jīng)過濾波、放大后送往CC430 開展處理、分析和比較來確定滅弧室真空度的值，最終得出屏蔽罩電位與真空度之間的關(guān)系曲線。通過這種曲線關(guān)系可以在不關(guān)斷真空開關(guān)的狀態(tài)下判斷其真空度的大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)真空開關(guān)真空度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。CC430 通過自身集成的無線射頻模塊將數(shù)據(jù)信息發(fā)送給遠(yuǎn)程用戶，實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。 隨著我國(guó)電力系統(tǒng)、無油化改造以及電力設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展，真空開關(guān)的使用也就更加普及和推廣。真空開關(guān)以其體積小、環(huán)境污染小、滅弧性能好、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便、可靠性高、機(jī)械和電

2、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)礦山、大中型水電站、變電所等供電系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。真空開關(guān)是以真空作為絕緣和滅弧手段的斷路器，真空度直接影響真空開關(guān)的性能, 如果不能及時(shí)掌控真空開關(guān)的真空度，可能帶來不可想象的后果。資料顯示由沒有及時(shí)掌控真空開關(guān)的真空度而引起的事故已經(jīng)造成了很大的損失。國(guó)內(nèi)統(tǒng)計(jì)資料說明，真空開關(guān)事故絕大多數(shù)因真空泄漏引起。所以，運(yùn)用科學(xué)的手段對(duì)真空開關(guān)開展定期或不定期真空度監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障先兆對(duì)真空開關(guān)乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的安全和可靠運(yùn)行都有十分重要的意義。 本文研究的內(nèi)容涉及到對(duì)真空開關(guān)真空度開展在線監(jiān)測(cè)和無線發(fā)送，在不關(guān)斷電源的情況下，對(duì)真空開關(guān)滅弧室內(nèi)的真空度開展監(jiān)測(cè)。運(yùn)行中的真空

3、開關(guān)滅弧室內(nèi)的真空度在發(fā)生變化時(shí)，動(dòng)靜觸頭之間會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，放電會(huì)發(fā)射出電磁波脈沖，導(dǎo)致屏蔽罩電位發(fā)生變化，它與滅弧室的真空度之間存在一定的關(guān)系，通過這種關(guān)系就可以判斷真空度的大小。在此原理上，本文利用傳感器來檢測(cè)屏蔽罩電位信號(hào)，經(jīng)過濾波、放大器后，然后由CC430 對(duì)數(shù)據(jù)開展采集、處理、分析和比較來確定滅弧室內(nèi)真空度的值，并通過其自帶的射頻模塊將信息通過無線發(fā)送到PC 或遠(yuǎn)程用戶，實(shí)現(xiàn)真空度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 1、真空開關(guān)和CC430 簡(jiǎn)介 1.1、真空開關(guān) 真空開關(guān)由真空滅弧室、電磁或彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)、支架及其他部件構(gòu)成，是控制管路或某封閉空間的真空度的開關(guān)，為純機(jī)械形變導(dǎo)致微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作。真空開關(guān)

4、是框架式斷路器的通俗稱呼，實(shí)際上就是斷路器，主要作用是切斷大電流的電器元件。真空開關(guān)是以真空作為絕緣和滅弧手段的斷路器，因此，真空度直接影響真空開關(guān)的性能。現(xiàn)對(duì)真空開關(guān)真空度的測(cè)試方法有離線監(jiān)測(cè)和在線監(jiān)測(cè)。在線監(jiān)測(cè)的方法主要有電光變換法、耦合電容法、磁控線圈法等。在不同的使用場(chǎng)合，真空滅弧室有種形式，總體來說，真空滅弧室的基本構(gòu)造如圖1所示。 圖1真空滅弧室的基本構(gòu)造 真空開關(guān)采用真空阻止電弧重燃的方法實(shí)現(xiàn)熄滅電弧。真空滅弧室是用密封在真空中的一對(duì)動(dòng)、靜觸頭來實(shí)現(xiàn)電力電路的接通與分?jǐn)喙δ艿囊环N電真空器件，獨(dú)特之處是利用高真空做絕緣介質(zhì)。真空滅弧室的真空度應(yīng)在1.3310-5 Pa 1.3310

5、-2 Pa 范圍內(nèi)，在這樣高真空度狀態(tài)下，氣體的密度很低，氣體分子的自由行程很大，不易產(chǎn)生碰撞游離，因此，觸頭間具有很高的絕緣強(qiáng)度和很強(qiáng)的開斷能力。國(guó)標(biāo)(GB)中規(guī)定，真空滅弧室內(nèi)的真空度臨界值為6.610-2Pa。表1 就說明了真空度在不同范圍時(shí)的真空滅弧室運(yùn)行情況。 表1真空度在不同范圍時(shí)的真空滅弧室運(yùn)行情況 1.2、CC430 簡(jiǎn)介 CC430 是TI 在20* 年末發(fā)布的MSP430 家族的一個(gè)新的RF Soc 系列，CC430 集成了MSP430 當(dāng)時(shí)最新5 系列的核以及低功耗無線收發(fā)器CC1101 的核，并且集成了5 系列豐富的外設(shè)等。CC430 不但延續(xù)了其前輩超低功耗、高性能的

6、傳統(tǒng)，而且集成了業(yè)界領(lǐng)先的1GHz 以下頻段的CC1101RF 收發(fā)器，是真正的業(yè)界最低功耗的單芯片射頻(RF) 解決方案。使用CC430 平臺(tái)既可降低系統(tǒng)復(fù)雜性、將封裝與印刷電路板尺寸縮小50%，又可簡(jiǎn)化RF 設(shè)計(jì)，從而將包括RF 網(wǎng)絡(luò)、能量采集、工業(yè)監(jiān)控與篡改檢測(cè)、個(gè)人無線網(wǎng)絡(luò)以及自動(dòng)抄表根底設(shè)施等在內(nèi)的應(yīng)用推向前所未有的水平。本文中選用的是 CC430F5137, 具有以下特點(diǎn)： 1)工作電壓低：2.0 3.6V； 2)I/O 口電平：0 VCC； 3)工作頻段：433 10MHz； 4)發(fā)射功率：-30dBm 10 1dBm； 5)高接收靈敏度：-106 1dBm(433MHz，240

7、0bps)； 6)2-FSK、GFSK、ASK/OOK 調(diào)制方式，提高數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機(jī)干擾能力； 7)低功耗：發(fā)射電流 40mA，接收電流 25mA，睡眠電流 2A； 8)自帶多通道12 位AD 轉(zhuǎn)換 9)集成無線射頻模塊 2、真空開關(guān)真空度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1、真空度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)造框圖 本文系統(tǒng)主要是通過監(jiān)測(cè)屏蔽罩的直流電位信號(hào)來分析其與真空度的關(guān)系來判斷滅弧室內(nèi)真空度的變化情況，設(shè)計(jì)構(gòu)造如圖2 所示。傳感器探頭分別接在真空開關(guān)A、B、C 三相的三個(gè)真空滅弧室內(nèi)，其對(duì)真空滅弧室的屏蔽罩電信號(hào)開展采集并輸出，信號(hào)經(jīng)AD 轉(zhuǎn)換處理后開展濾波、放大預(yù)處理，CC430 對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)開展

8、采集、分析以及比較，來評(píng)估滅弧室內(nèi)的真空狀況并顯示。當(dāng)真空度低于標(biāo)準(zhǔn)真空度值時(shí)發(fā)出報(bào)警，并通過無線將報(bào)警信息發(fā)送給遠(yuǎn)程的工作人員以提醒。CC430 的最小系統(tǒng)如圖3 所示。 圖2系統(tǒng)總體框圖 圖3CC430 最小系統(tǒng) 2.2、真空度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)原理 在真空開關(guān)工作時(shí)，真空滅弧室屏蔽罩上的電位是由高壓部分屏蔽罩、屏蔽罩接地電極之間分別所具有的靜電電容的分壓決定。真空滅弧室只有在正常的工作電壓和標(biāo)準(zhǔn)的真空狀態(tài)下正常運(yùn)行時(shí)，滅弧室屏蔽罩上才不會(huì)帶有靜電荷；然而當(dāng)真空滅弧室真空度降低到臨界壓強(qiáng)(10-2Pa 左右) 時(shí), 不僅電氣參量有變化, 而且非電氣參量也有一定變化。在電氣參量的變化中，會(huì)導(dǎo)

9、致真空滅弧室觸頭與屏蔽罩之間產(chǎn)生電流信號(hào)，滅弧室的屏蔽罩上也會(huì)因此產(chǎn)生一定的靜電荷，從而形成直流電位。屏蔽罩的直流電位會(huì)隨著真空度的降低而發(fā)生相應(yīng)地變化。本系統(tǒng)是通過檢測(cè)屏蔽罩的直流電位來監(jiān)測(cè)滅弧室內(nèi)真空度。 圖4真空度與屏蔽罩電位關(guān)系 圖4 表示的是真空滅弧室內(nèi)真空度與屏蔽罩上直流電位的關(guān)系曲線。從圖中可以看出，當(dāng)真空滅弧室內(nèi)的真空度在臨界真空度以上時(shí)，真空滅弧室屏蔽罩的電位幾乎沒有多大的變化。隨著真空度的惡化，屏蔽罩上的電位會(huì)相應(yīng)地下降。因此，由他們之間的關(guān)系曲線可知，只要測(cè)量出屏蔽罩的直流電位，就可以得出此時(shí)相應(yīng)的真空度。因此，通過檢測(cè)屏蔽罩上的電信號(hào)即可在線監(jiān)測(cè)真空滅弧室內(nèi)的真空度狀況

10、。 2.3、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的采集處理 由于真空開關(guān)處于的環(huán)境是在高壓狀態(tài)下，傳感器探頭監(jiān)測(cè)到屏蔽罩的電位信號(hào)，并經(jīng)過一系列的信號(hào)處理和A/D 轉(zhuǎn)換，使之轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)。在高壓的環(huán)境下，為了采集到幾乎不失真的電信號(hào)，要求設(shè)計(jì)的采集系統(tǒng)也具有非常強(qiáng)的抗干擾能力。所以我們?cè)趯?duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)入A/D 轉(zhuǎn)換以后采用隔離放大器，實(shí)現(xiàn)輸入/ 輸出的信號(hào)隔離和增益控制信號(hào)的隔離，增強(qiáng)其抗干擾能力。圖5 為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖。 圖5數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖 隔離放大器具備兩大功能，即前置功能和放大功能。其對(duì)采集到的電信號(hào)開展處理并將輸出信號(hào)調(diào)整至A/D 能夠采樣的范圍內(nèi)以及將輸入級(jí)與后級(jí)完全隔離，因此，提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的抗干擾能力。 3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)通過對(duì)屏蔽罩的直流電信號(hào)開展信號(hào)的放大、濾波、采集、數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)來判斷真空滅弧室內(nèi)真空度的狀況。本文采用Matlab7.0 軟件和C 語言來實(shí)現(xiàn)軟件的設(shè)計(jì)。利用C 語言執(zhí)行速度快的特點(diǎn)開發(fā)軟件程序，可保證系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確地開展數(shù)據(jù)采集。Matlab7.0 的人機(jī)互動(dòng)式畫面和可視化功能，使數(shù)據(jù)處理更加簡(jiǎn)單。圖6 為CC430 的軟件工作流程。 圖6CC430 的工作流程 4、結(jié) 論 真空開關(guān)作為我國(guó)電力行業(yè)日趨