基于MSP430F149的絕緣子遙測系統設計

0 引 言
高壓輸電線路絕緣子串的污穢閃絡是影響電網運行的重要因素之一。隨著電力系統的發展和大氣中各類污染的加劇，沉積在絕緣子表面的污穢層受潮后使絕緣子的外絕緣能力下降，并常引起污閃事故，嚴重妨礙著電力系統的安全、穩定、經濟運行。
目前，檢測輸電線路外絕緣污穢程度的方法有等值附鹽密度法、測量污層電導率法和測量絕緣子表面泄漏電流法。前兩者要在停電的條件下進行，相對傳統、落后，難以反映現場絕緣子污穢實時信息。而污穢絕緣子表面的泄漏電流是在運行電壓作用下受污表面受潮后流過絕緣子表面的電流，是運行電壓、氣候(大氣壓力、溫度、濕度等)、污穢三要素綜合作用的結果，是一個動態參數。泄漏電流大小與絕緣子污穢程度密切相關，因此檢測高壓輸電線路絕緣子泄漏電流具有實際工程意義。
輸電線路桿塔分布廣，桿塔上的泄漏電流監測分機的數據信息需用無線方式傳輸；同時，分機工作于高壓輸電線路桿塔上，通常采用太陽能供電，因此要求系統功耗低、可靠性高。利用TI公司最新推出的低功耗芯片MSP430F149內部豐富的硬件資源和MORTORo―LA公司生產的G18 GSM數據通訊模塊構建的輸電線路絕緣子污穢遙測系統是一種低成本、低功耗、高可靠性的技術方案。

l 監測原理
由于流過絕緣子的泄漏電流脈沖的最大幅值表征了該絕緣子接近閃絡的程度。因此系統把絕緣子上的泄漏電流波的最高峰值作為表征污穢絕緣子運行狀態的特征量。以光滑圓柱絕緣子為例，其在電壓U的作用下沿整個絕緣子表面的泄漏電流為：

式中：Rn為絕緣子在均勻污染和濕潤條件下的電阻；L為沿絕緣子表面的爬電距離；D為絕緣子的直徑；γn為濕潤污穢層的表面電導率；EL為沿爬電路徑的平均電場強度。
而對任意形狀的絕緣子，取其沿爬電路徑的微分段dl，則沿爬電路徑微分段的濕潤污穢表面電阻為：

式中：l為沿爬電路徑的線坐標；γn(l)和D(l)為任意坐標值處的絕緣子表面電導率和直徑。
因此，絕緣子整個表面的電阻為：

當爬電路徑的表面電導率為常數時，式(3)改寫為：

當沿爬電路徑的表面電導率為變數時，可引入平均表面電導率的概念，即：