鄭州500千伏官渡變電站位于人口密集的鄭東新區(qū)，是國網(wǎng)河南電力廠界環(huán)境噪聲監(jiān)測治理的重要對象。站區(qū)圍墻外安裝著變電站無鉛自供能噪聲監(jiān)測裝置。廠界環(huán)境噪聲聲振信號通過該裝置實(shí)時轉(zhuǎn)化成電信號，傳輸?shù)綑z測后臺，供專業(yè)人員分析使用。

變電站無鉛自供能噪聲監(jiān)測裝置研發(fā)人員、河南電科院設(shè)備狀態(tài)評價中心專責(zé)王東暉介紹，該裝置擁有和市面上同類裝置一樣的性能，還多了無鉛化、微型化、自供能、低成本等優(yōu)點(diǎn)。這得益于來自電力系統(tǒng)與自動化、材料、環(huán)保等多個專業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)人員密切配合、協(xié)同攻關(guān)。他們相繼突破了現(xiàn)有聲振傳感器壓電換能鉛基材料的無鉛化替代、聲振傳感器微機(jī)電結(jié)構(gòu)設(shè)計及整體裝置微加工制造等多項(xiàng)技術(shù)難題。

第1章 技術(shù)參數(shù)及特點(diǎn)（LY808六相微機(jī)繼保校驗(yàn)儀測試精準(zhǔn),穩(wěn)定可靠）

1.1 面板說明

  1    電壓源輸出端口  UA、UB、UC、UX和共用中性點(diǎn)UN。

  2    機(jī)殼接地端口  在測試時應(yīng)可靠接地，可以提高測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和測試的**性。

  3    電流源輸出端口  IA、IB、IC和共用中性點(diǎn)IN。

  4    開關(guān)量輸入端口  TA、TB、TC、TD、TE、TF、TG、TH共8路獨(dú)立輸入，兼容空接點(diǎn)與15V～250V有源接點(diǎn)，能自動識別有源接點(diǎn)的極性，TN為公共端。

  5    開關(guān)量輸出端口  4對空接點(diǎn)輸出。

  6    液晶顯示屏  8.4〞彩色液晶顯示屏。

  7    USB接口  可以通過USB接口將測試數(shù)據(jù)存儲到U盤中。

1.2 技術(shù)參數(shù)（LY808六相微機(jī)繼保校驗(yàn)儀測試精準(zhǔn),穩(wěn)定可靠）

1.2.1 交流電流源

六相共用中性點(diǎn)的電流源，電流上升下降時間 ＜100μs

*大輸出功率：300VA/相

輸出準(zhǔn)確度：

分辨力：

單相連續(xù)輸出時間：

1.2.2 交流電壓源

六相共用中性點(diǎn)的電壓源，電流上升下降時間 ＜100μs

*大輸出功率：≥75VA/相

輸出準(zhǔn)確度：

分辨力：

1.2.3 直流電流源

單相輸出范圍：-10A～+10A或0～20A

*大輸出功率：200VA/相

輸出準(zhǔn)確度：

分辨力：5mA

1.2.4 直流電壓源

直流電壓輸出范圍：-150V～+150V或0～300V

*大輸出功率：≥100VA

輸出準(zhǔn)確度：

分辨力：

1.2.5 交流電壓、電流源角度

相角范圍：0°～ 360°

準(zhǔn)確度：±0.3°

分辨力：0.1°

1.2.6 交流電壓、電流源頻率

頻率范圍：10～1000Hz

輸出準(zhǔn)確度：

分辨力：0.001 Hz

能疊加2～20次任意幅值的諧波及直流

1.2.7 計時精度

1.2.8 開入量

8路獨(dú)立開關(guān)接點(diǎn)輸入，自動識別有源接點(diǎn)的極性

兼容空接點(diǎn)與15V～250V有源接點(diǎn)

1.2.9 開出量

4對可編程開關(guān)空接點(diǎn)輸出

接點(diǎn)容量：250VDC，0.5A 或 250VAC，0.5A

1.2.10 同步性

電壓電流同步性 ≤50μS

1.2.11 供電電源

交流輸入電壓

額定值：220V ± 10%

基準(zhǔn)值：220V ± 2%

交流供電頻率：

額定值：50Hz ± 10%

基準(zhǔn)值：50Hz ± 2%

1.2.12 使用環(huán)境條件

環(huán)境溫度：－10℃～+40℃

相對濕度：≤90%

大氣壓強(qiáng)：80～110kPa

1.3 技術(shù)特點(diǎn)（LY808六相微機(jī)繼保校驗(yàn)儀測試精準(zhǔn),穩(wěn)定可靠）

其主要特點(diǎn)表現(xiàn)為：

使用易用的Windows XP操作系統(tǒng)，人機(jī)界面友好，操作簡便快捷，為了方便用戶使用，定義了大量鍵盤快捷鍵，使得操作“一鍵到位”。

高性能的嵌入式工業(yè)控制計算機(jī)和大屏幕高分辨力彩色TFT液晶顯示屏，可以提供豐富直觀的信息，包括設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)、下一步工作提示及各種幫助信息等。

配備有超薄型工業(yè)鍵盤和觸控鼠標(biāo)，可以象操作普通PC機(jī)一樣通過鍵盤或鼠標(biāo)完成各種操作。

配備有外接USB接口，可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)存取和軟件維護(hù)。

無需外接其它設(shè)備即可以完成所有項(xiàng)目的測試，自動顯示、記錄測試數(shù)據(jù)，完成矢量圖和特性曲線的描繪。

采用高性能D/A轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生的波形精度高、線性好，并且具備良好的瞬態(tài)響應(yīng)和幅頻特性。在整個測量范圍內(nèi)都能保證波形精度等指標(biāo)要求。

可直接輸出交流電壓、交流電流、直流電壓、直流電流，可變幅值、相角、頻率。

功率放大部分采用新型大功率高保真線性功放電路，輸出功率大、紋波干擾小，在輸出電流達(dá)到*大時，波形仍能保證不失真、不削峰。

開入量輸入接口能自動適應(yīng)無源（空接點(diǎn)）、有源，并能自動適應(yīng)有源輸入的極性，在輸入電壓±250V范圍內(nèi)能正常工作。

可以完成各種復(fù)雜的校驗(yàn)工作，能方便地測試及掃描各種保護(hù)定值，可以實(shí)時存儲測試數(shù)據(jù)，顯示矢量圖，打印報表等。

采用精心設(shè)計的機(jī)箱結(jié)構(gòu)，體積小，散熱良好，重量輕，易攜帶，流動試驗(yàn)方便。

儀器具有自我保護(hù)功能，采用合理設(shè)計的散熱結(jié)構(gòu)，具有可靠完善的多種保護(hù)措施及電源軟啟動，和一定的故障自診斷及閉鎖功能。

1.4 硬件結(jié)構(gòu)（LY808六相微機(jī)繼保校驗(yàn)儀測試精準(zhǔn),穩(wěn)定可靠）

1.4.1. 數(shù)字信號處理器微機(jī)

采用高速數(shù)字控制處理器作為輸出核心，軟件上應(yīng)用雙精度算法產(chǎn)生各相任意的高精度波形。由于采用一體結(jié)構(gòu)，各部分結(jié)合緊密，數(shù)據(jù)傳輸距離短，結(jié)構(gòu)緊湊。由于點(diǎn)數(shù)高，波形保真度高，諧波分量小，對低通濾波器的要求很低，從而具有很好的暫態(tài)特性、相頻特性、幅頻特性，易于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確移相、諧波疊加，高頻率時亦可保證高的精度。

1.4.2. 高性能工業(yè)控制計算機(jī)

采用高性能工控機(jī)作為控制微機(jī)，直接運(yùn)行Window XP操作系統(tǒng)，裝置面板帶有大尺寸真彩色TFT顯示器、內(nèi)嵌式工業(yè)鍵盤，裝置前面板設(shè)有多個USB口可方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)存取、數(shù)據(jù)通信和進(jìn)行軟件升級等。

試驗(yàn)的全過程及試驗(yàn)結(jié)果均在顯示屏上顯示，全套漢字化操作界面，清晰亮麗，直觀方便，操作控制由工業(yè)鍵盤進(jìn)行，操作簡單方便，只需簡單的計算機(jī)知識，極易掌握。

1.4.3. D/A轉(zhuǎn)換和低通濾波

采用高精度D/A轉(zhuǎn)換器，保證了全范圍內(nèi)電流、電壓的精度和線性度，由于D/A分辨力高和波形點(diǎn)數(shù)高，D/A轉(zhuǎn)換輸出的階梯波已具有相當(dāng)好的波形質(zhì)量，后級僅需較簡單的低通濾波器即可濾除高頻分量，還原出高質(zhì)量、高穩(wěn)定的正弦波，很好地克服了幅值和相位漂移等問題，

1.4.4. 電壓、電流放大器

相電流、電壓不采用升流、升壓器，而采用直接輸出方式，使電流、電壓源可直接輸出從直流到含各種頻率成份的波形，如方波、各次諧波疊加的組合波形，故障暫態(tài)波形等，可以較好地模擬各種短路故障時的電流、電壓特征。

功放電路采用進(jìn)口大功率高保真模塊式功率器件作功率輸出級，結(jié)合精心、合理設(shè)計的散熱結(jié)構(gòu)，具有足夠大的功率冗余和熱容量。功放電路具有完備的過熱、過流、過壓及短路保護(hù)。當(dāng)電流回路出現(xiàn)過流或開路，電壓回路出現(xiàn)過載或短路時，自動限制輸出功率，關(guān)斷整個功放電路，并給出告警信號顯示。為防止大電流下長期工作引起功放電路過熱，裝置設(shè)置了大電流下軟件限時，限時時間到，軟件自動關(guān)閉功率輸出并給出告警指示。

1.5 操作使用（LY808六相微機(jī)繼保校驗(yàn)儀測試精準(zhǔn),穩(wěn)定可靠）

1.5.1 開機(jī)步驟

將測試儀電源線插入交流220V電源插座上。

打開測試儀電源。

1.5.2 關(guān)機(jī)步驟

使用鼠標(biāo)單擊界面左下角處的“開始”->“關(guān)機(jī)”，在彈出的對話框中選擇“確定”即可關(guān)閉計算機(jī)，在確認(rèn)計算機(jī)關(guān)閉后，再關(guān)閉面板電源開關(guān)。關(guān)機(jī)時請勿直接關(guān)閉面板電源開關(guān)，請先關(guān)閉計算機(jī)的Windows操作系統(tǒng)，然后再關(guān)閉電源開關(guān)。

1.5.4 交流電流源提高輸出電流

當(dāng)使用電流超過測試儀每相輸出的*大電流時，可將測試儀電流源并聯(lián)使用。并聯(lián)使用時，應(yīng)將并聯(lián)電流通道的輸出相位設(shè)為相同，此時輸出的電流就是并聯(lián)電流通道輸出幅值之和。

1.5.5 交流電壓源提高輸出電壓

當(dāng)使用電壓超過測試儀每相輸出的*大電壓時，可將兩相電壓的相位設(shè)為相差180°，此時輸出的電壓就是兩相電壓通道輸出幅值之和。

1.6 軟件快捷鍵

F2 開始/停止試驗(yàn)         在測試儀未輸出信號時按下F2鍵后，測試儀開始輸出信號。在試驗(yàn)過程中，按下F2鍵可停止試驗(yàn)，測試儀停止輸出信號。

F3 退出試驗(yàn)              關(guān)閉當(dāng)前試驗(yàn)?zāi)K。

F5 手動遞增              在試驗(yàn)中每按下一次F5鍵，輸出信號就按照設(shè)定的步長增加一次。

F6 手動遞減              在試驗(yàn)中每按下一次F6鍵，輸出信號就按照設(shè)定的步長減小一次。

Ctrl+1 — Ctrl+6  打開/關(guān)閉輸出通道      Ctrl+1 ～ Ctrl+3對應(yīng)UA、UB、UC，

Ctrl+4 ～ Ctrl+6對應(yīng)IA、IB、

IC。

Ctrl+F1 — Ctrl+F6  打開/關(guān)閉輸出通道  Ctrl+F1 ～ Ctrl+F3對應(yīng)Ua、

Ub、Uc，

Ctrl+F4 ～ Ctrl+F6對應(yīng)Ia、

Ib、Ic。

Tab             將輸入焦點(diǎn)移動至下一個輸入框。

Shift + Tab     將輸入焦點(diǎn)移動至上一個輸入框。

F7 讀取設(shè)置文件  從保存的參數(shù)設(shè)置文件中導(dǎo)入試驗(yàn)參數(shù)。

F8 保存設(shè)置文件  將當(dāng)前設(shè)定的試驗(yàn)參數(shù)保存到文件中。

F9 保存試驗(yàn)報告  可保存成文本格式的試驗(yàn)報告。

用于制備聲振傳感器模塊的壓電換能材料是研發(fā)噪聲監(jiān)測裝置的關(guān)鍵。2020年9月，研發(fā)人員在國內(nèi)范圍內(nèi)數(shù)十座變電站完成了典型電網(wǎng)聲源設(shè)備及廠界環(huán)境噪聲聲振工況等調(diào)研，發(fā)現(xiàn)制備聲振傳感器模塊的壓電換能材料無鉛化技術(shù)在國內(nèi)尚未應(yīng)用。因此，他們從開展很基礎(chǔ)的對照試驗(yàn)開始，利用多組分摻雜等方式廣泛開展無鉛壓電換能材料研究，不斷優(yōu)化工藝，于當(dāng)年12月開發(fā)出可用于聲振傳感器模塊的高性能無鉛壓電換能材料。

“這種材料叫多層壓電陶瓷，不僅無鉛環(huán)保，還可用于482攝氏度高溫環(huán)境，壓電傳感性能優(yōu)越。”他們還同步開發(fā)出無源自供能用壓電納米線，為提高噪聲監(jiān)測裝置監(jiān)測精度、讓裝置不再依賴電源線打下基礎(chǔ)。

有了可靠的材料，研發(fā)人員利用濕法腐蝕等技術(shù)先后開發(fā)出低成本無源壓電自供能單元等部件，進(jìn)一步優(yōu)化裝置封裝、制備等工藝，研制出具有較高壓電換能效率、能量采集效率的變電站無鉛自供能噪聲監(jiān)測裝置。2023年7月底，該項(xiàng)目通過國網(wǎng)科技部驗(yàn)收。

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