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【6h】

基于超聲波的電力設(shè)備局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

 

目錄

聲明

摘要

插圖索引

附表索引

第一章 緒論

1.1 局部放電在線監(jiān)測研究的目的及意義

1.2 局部放電在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與超聲法研究現(xiàn)狀

1.2.1 局部放電在線監(jiān)測發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.2 超聲波法研究局部放電現(xiàn)狀

1.3 主要的局部放電檢測方式

1.3.1 非電測法

1.3.2 電測法

1.4 ARM微處理器的發(fā)展概況

1.5 本文主要研究內(nèi)容及組織工作

1.6 本章小結(jié)

第二章 局部放電及超聲信號分析

2.1 局部放電產(chǎn)生的原因

2.2 局部放電的等效電路

2.3 局部放電的表征參數(shù)

2.4 局部放電產(chǎn)生超聲波原理

2.5 局部放電超聲信號的檢測原理

2.5.1 超聲波的傳播特性

2.5.2 壓電型超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)分析

2.6 局部放電的波形的識別與判定

2.6.1 兩種典型的超聲波局部放電檢測方法

2.6.2 絕緣電阻阻值變化對放電脈沖信號幅值的影響

第三章 監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 局部放電監(jiān)測系統(tǒng)組成與分類

3.1.1 局部放電監(jiān)測系統(tǒng)組成

3.1.2 監(jiān)測系統(tǒng)分類

3.2 局部放電監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.2.1 局部放電監(jiān)測系統(tǒng)的功能

3.2.2 微控制器的選型

3.2.3 STM32微控制器最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.4 局部放電監(jiān)測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

3.3 超聲波傳感器選型

3.4 模擬信號預(yù)處理電路設(shè)計(jì)

3.4.1 超聲前置放大器設(shè)計(jì)依據(jù)

3.4.2 前置放大電路的設(shè)計(jì)

3.4.3 前置放大電路的測試

3.4.4 超聲傳感器檢波單元選型與設(shè)計(jì)

3.4.5 檢波器性能的仿真測試

3.5 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

3.5.1 采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.5.2 AD采樣芯片的選取與電路設(shè)計(jì)

3.6 數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計(jì)

3.7 網(wǎng)絡(luò)通信硬件電路設(shè)計(jì)

3.8 系統(tǒng)顯示與報(bào)警電路設(shè)計(jì)

3.8.1 顯示電路設(shè)計(jì)

3.8.2 報(bào)警電路設(shè)計(jì)

3.9 系統(tǒng)其他電路設(shè)計(jì)

3.9.1 系統(tǒng)供電電路設(shè)計(jì)

3.9.2 系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

3.9.3 系統(tǒng)下載接口電路設(shè)計(jì)

第四章 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理算法設(shè)計(jì)

4.1 幅頻特性分析算法設(shè)計(jì)

4.1.1 FFT變換的原理

4.1.2 FFT變換程序設(shè)計(jì)

4.2 數(shù)字濾波去噪算法的設(shè)計(jì)

4.2.1 FIR濾波器設(shè)計(jì)方法的選擇

4.2.2 FIR濾波器程序的設(shè)計(jì)

4.3 超聲定位算法設(shè)計(jì)

4.3.1 超聲定位數(shù)學(xué)模型

4.3.2 基于互相關(guān)的局部放電超聲定位時(shí)延估計(jì)

第五章 監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

5.1 軟件系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

5.2 通信模塊軟件設(shè)計(jì)

5.2.1 監(jiān)測裝置與現(xiàn)場單元的通信

5.2.2 現(xiàn)場主機(jī)與服務(wù)器的通信

5.3 監(jiān)測儀數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)

結(jié)論與展望

參考文獻(xiàn)

致謝

附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄

附錄B 系統(tǒng)前置信號處理與采集存儲電路

展開▼

摘要

局部放電是引發(fā)高壓電器故障的主要原因之一,通過檢測局部放電信號特征來判斷電氣設(shè)備絕緣性能,是檢測電氣設(shè)備運(yùn)行狀況的主要手段之一。放電信號特征的檢測方法有多種,檢測因放電而產(chǎn)生的超聲波信號是其中的方法之一,以前此類檢測系統(tǒng)由于其所使用的微處理器存儲空間、運(yùn)行速度及集成度低等原因,導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)、性能、功能等方面受到很大的限制。本文根據(jù)ARM微處理器工頻高、集成度高、功耗低、成本低的特點(diǎn),提出了應(yīng)用ARM微處理器STM32F107為主控制器設(shè)計(jì)一種高壓電器局部放電檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要通過采集和分析電氣設(shè)備局部放電產(chǎn)生的超聲波信號來實(shí)現(xiàn)檢測功能,與用其它微處理器組成的檢測系統(tǒng)比較具有檢測速度快、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、方便攜帶等優(yōu)點(diǎn)。
  本文首先討論了局部放電超聲波信號產(chǎn)生的機(jī)理和利用超聲波信號檢測局部放電的原理。設(shè)計(jì)出前置模擬信號預(yù)處理電路,該電路由三級放大電路和通帶為80KHz~300KHz的巴特沃思級聯(lián)帶通濾波器組成,能對A/D轉(zhuǎn)換輸入信號進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)和限頻濾波,其輸出信號的幅度在A/D轉(zhuǎn)換芯片輸入信號要求范圍內(nèi),能量集中在系統(tǒng)要求的檢測頻帶內(nèi)。其次設(shè)計(jì)了局部放電在線臨測系統(tǒng),該系統(tǒng)的信號采集、圖形顯示、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)存儲等功能模塊的硬件電路由STM32F107微控制器接口進(jìn)行控制。在對前置信號預(yù)處理電路測試中,使用MULTSIM軟件中任意信號波形發(fā)生器產(chǎn)生帶有高頻、低頻周期干擾以及白噪聲的模擬局部放電超聲波信號對本系統(tǒng)進(jìn)行測試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:帶干擾的原始信號經(jīng)過本系統(tǒng)的放大濾波電路后,大量干擾信號被抑制,輸出信號幅值在A/D轉(zhuǎn)換器輸入信號要求的范圍內(nèi)。最后研究了數(shù)字濾波與超聲定位算法,設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的軟件總體架構(gòu)并給出了系統(tǒng)采集模塊的程序設(shè)計(jì)流程。

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