彭 警,吴世林

（武汉纺织大学机械工程与自动化学院,430000）

基于BH1750FVI的绝缘子灰密测量系统设计

彭 警,吴世林

（武汉纺织大学机械工程与自动化学院,430000）

灰密（非可溶沉积物密度，NSDD）是指附着在绝缘子表面不能溶解于水的物质除以表面积得到的结果，用于定量标示绝缘子表面非可溶残渣的含量。通过对高压设备外绝缘的表面进行灰密测量，可以了解线路绝缘子的积污情况，确定它是否能承受各种不利因素的影响。本文提出了一种基于BH1750FVI光强传感器测量灰密的方法。

灰密；绝缘子；高压设备；积污；光强传感器

1 课题研究的背景及意义

污闪是指电气设备绝缘表面附着的污秽物，在潮湿条件下其可溶物质逐渐的溶于水，在绝缘表面形成了一层导电膜，使绝缘子的绝缘水平大大降低，在电力场作用下出现的强烈放电现象。在电力系统中，绝缘子是将电位不同的导电体在机械上相互连接的部件，在输电线路中起着支撑导线和绝缘的作用，其性能的优劣对整个输电系统的安全运行起着格外重要的作用。随着环境污染的加剧、电力系统的规模的不断扩大以及对供电可靠性要求越来越高，防止污闪事故的发生已经成为十分重要的课题。

会导致污闪事故发生的绝缘子表面污秽物主要由两部分组成：可溶于水的物质和不可溶于水的物质。可溶于水的物质是具有导电性的各种可溶盐类，一般采用等值附盐密度(ESDD, mg/ cm2)表征；不溶于水的物质是无导电性的不溶物质，用附灰密度(NSDD, mg/cm2)即灰密表征。目前对污秽绝缘子导致污闪的研究主要集中在ESDD上，对NSDD导致污闪的研究比较少。为此，本文提出了一种基于BH1750FVI光强传感器测量灰密（NSDD）的新方法，试验结果表明该方法能有效的划分污秽的等级，为高压线路的调爬和清扫工作提供了一项重要的依据，同时也对高压工程绝缘子的选型及污秽外绝缘设计以及线路的可靠运行具有相当大的重知道意义。

2 试验装置的搭建

2.1 平台的搭建

此次项目要求是完成绝缘子中间层上下面灰密测量，从而达到判断绝缘子污染程度的目的。

我们搭建的这个平台分为上下两个部分，上半部分是激光发射端，下半部分为光强传感器接收端。主要工作原理是：上半部分的激光发射端产生一束激光穿透玻璃样片的上、下表面进入下半部分的光强传感器接收端。初始绝缘子没有放置玻璃样片的下半部分光强传感器接收端记录了一个激光光强的初值。随着玻璃样片表面灰密的变化，光强传感器接收端的值也在不断的变化。通过比较这个随灰密程度变化而不断变化的的光强衰减值，我们就能得到玻璃样片的灰密程度。

2.2 激光发射端的设计

激光发射端我们采用的是650nm 20mw 激光模组。激光光强一般较强，为了使激光发出的光的光强不至于超出光强传感器的最大值，我们还自己重新设计改良了激光的发光电路。

改良后的电路可以很方便的改变激光发出的光的光强，使其初始值不至于超出光强传感器的采集范围。同时为了达到减少整体系统电路的功耗，我们用MCU的来控制激光管的开关。只有开始测量时才将其开启，平时则为关闭状态。

2.3 光强传感器接收端的设计

光强传感器接收端，我们采用的是BH1750FVI。BH1750FVI是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路。这种集成电路可以根据收集的光线强度数据来调整液晶或者键盘背景灯的亮度。利用它的高分辨率可以探测较大范围的光强度变化。

2.4 总体电路和监控平台的设计

总体电路我们采用STC89C51的MCU完成主控工作。其主要工作原理是：MCU控制激光管的开关，从而控制系统是否开始采集数据。当激光管关闭时。系统处于低功耗状态，减少系统对电量的消耗，从而延长该系统的续航时间，使其更加节能、耐用。为了更加方便的测量，得到灰密变化与光强值之间的关系我们还设计了专门的监控平台。通过监控平台我们可以实时的看到光强值的变化，接下来我们要做的就是改变绝缘子中间层上下表面的灰密，然后通过监控平台获得该变化对应的光强值变化，得到一个相应的关系即可。

3 试验方法

根据自己搭建的检测平台和监控平台我们可以很方便完成灰密变化对光强值影响的测量。鉴于目前市场上没有灰密测量对应的样片出售。所以灰密测量的样片都是我们自己制作标定。

3.1 玻璃样片的制作与标定方法

截取一组同面积同厚度材质的玻璃样片备用，制定好硅藻土用量表。按硅藻土用量表用分析天平称取一定量的硅藻土溶于规定体积的中。然后将其均匀的涂抹于准备好的玻璃样片上。重复以上步骤制定好一系列的灰密测量样片。

3.2 光强衰减值的测量步骤

开启激光管，调节到合适光强初值，记下初值。取第一等级灰密测量样片至于激光发射端和光强传感器接收端之间，待读数稳定，记下此时对应的光强值。用初值减去这个值得到对应的光强衰减值。在每片样片的合适位置选取五个测量点，依次测量并记录其光强衰减值，最后计算出其平均值，提高可信度。依次类推，测完所有灰密样片。

4 样片灰密度的测量

在每份玻璃样片的两块玻璃的合适位置均截取一个10*8cm²的区域并做上记号。开启电子天平，调平后校准置零，放入试纸，去皮后取出。用干燥小毛刷将指定区域的硅藻土小心刷在试纸上，再放入天平，待读数稳定后，将数据读取并记录下来。将称得的质量除以其对应的表面积即为该样片的灰密度。依次类推，测完所有灰密样片。建模得出样片灰密度与光强衰减值的函数关系。

图1 数据记录表

5 实验结果与数据处理

5.1 实验数据记录如图1所示

5.2 实验数据处理及结论

通过matlab曲线拟合得出样片灰密度与光强衰减值的函数曲线：

图2 MATLAB曲线拟合图

可以看出，光强衰减值和样品灰密度大致成一次函数关系。并得到拟合函数关系式：y=107400*x+2416（y为光强衰减值，x为样品灰密度）。

6 结语

本文提出了一种基于BH1750FVI光强传感器测量灰密（NSDD）的新方法，试验结果表明：在其他因素不变，只改变改变灰密的情况下，随着灰密（NSDD）的增大，光强传感器采得的值逐渐减小，通过采得的一系列数据与初值进行比较，建模得出了灰密与光强值对应的数学关系，该关系的建立有效分析出了绝缘子的灰密（NSDD），明确的划分污秽的等级。对了解绝缘子的积污情况，从而确定它是否能承受各种不利因素有相当大的指导意义。同时也为指导线路调爬和清扫工作提供了重要依据。该方法物理意义明确、计算简单、易于实现，有较高的实用价值和广泛的应用前景。

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彭警，出生年月：1992年3月，籍贯：湖北省黄梅县，学历：在读硕士，研究方向：嵌入式。

Design of insulator ash density measurement system based on BH1750FVI

Peng Jing,Wu Shi Lin
（Wuhan Textile University,430000）

By measuring the surface of the external insulation of the high voltage equipment,it can know the pollution situation of the line insulator,and determine whether it can withstand the impact of various unfavorable factors.This paper presents a method of measuring the gray density based on the BH1750FVI light intensity sensor.

ash dense;Insulator;high voltage measurement;pollution;Light intensity sensor