基于MSP430F149的绝缘子遥测系统设计

0 引 言
高压输电线路绝缘子串的污秽闪络是影响电网运行的重要因素之一。随着电力系统的发展和大气中各类污染的加剧，沉积在绝缘子表面的污秽层受潮后使绝缘子的外绝缘能力下降，并常引起污闪事故，严重妨碍着电力系统的安全、稳定、经济运行。
目前，检测输电线路外绝缘污秽程度的方法有等值附盐密度法、测量污层电导率法和测量绝缘子表面泄漏电流法。前两者要在停电的条件下进行，相对传统、落后，难以反映现场绝缘子污秽实时信息。而污秽绝缘子表面的泄漏电流是在运行电压作用下受污表面受潮后流过绝缘子表面的电流，是运行电压、气候(大气压力、温度、湿度等)、污秽三要素综合作用的结果，是一个动态参数。泄漏电流大小与绝缘子污秽程度密切相关，因此检测高压输电线路绝缘子泄漏电流具有实际工程意义。
输电线路杆塔分布广，杆塔上的泄漏电流监测分机的数据信息需用无线方式传输；同时，分机工作于高压输电线路杆塔上，通常采用太阳能供电，因此要求系统功耗低、可靠性高。利用TI公司最新推出的低功耗芯片MSP430F149内部丰富的硬件资源和MORTORo―LA公司生产的G18 GSM数据通讯模块构建的输电线路绝缘子污秽遥测系统是一种低成本、低功耗、高可靠性的技术方案。

l 监测原理
由于流过绝缘子的泄漏电流脉冲的最大幅值表征了该绝缘子接近闪络的程度。因此系统把绝缘子上的泄漏电流波的最高峰值作为表征污秽绝缘子运行状态的特征量。以光滑圆柱绝缘子为例，其在电压U的作用下沿整个绝缘子表面的泄漏电流为：

式中：Rn为绝缘子在均匀污染和湿润条件下的电阻；L为沿绝缘子表面的爬电距离；D为绝缘子的直径；γn为湿润污秽层的表面电导率；EL为沿爬电路径的平均电场强度。
而对任意形状的绝缘子，取其沿爬电路径的微分段dl，则沿爬电路径微分段的湿润污秽表面电阻为：

式中：l为沿爬电路径的线坐标；γn(l)和D(l)为任意坐标值处的绝缘子表面电导率和直径。
因此，绝缘子整个表面的电阻为：

当爬电路径的表面电导率为常数时，式(3)改写为：

当沿爬电路径的表面电导率为变数时，可引入平均表面电导率的概念，即：