基于声表面波的电缆温度监测系统的研究
发布时间：2021-05-26 14:11
近年来,我国用电需求日益增长,电力系统的规模也随之扩大,电缆使用量的急剧增加,给电缆的检修与维护的工作提出新的挑战。敷设在电缆沟内的电缆长期在高压、大电流环境下工作容易引起电缆过负荷运行,或者发生电缆绝缘击穿等故障,这些现象都会引起电缆温度的变化,电缆温度过高而引起的火灾会造成严重的后果,而电缆过热是电力系统常见的故障。因此通过电缆温度监测追踪电缆的运行状态,避免给电力企业和电力用户造成了严重损失。电缆是电力系统的关键设备。电缆常用的温度测量方式有红外测温,光纤光栅测温等。声表面波传感器有体积小、抗干扰性强、无需后期维护等优点,使得基于声表面波的电缆测温技术发展前景广阔,本文设计一种基于声表面波的电缆温度监测系统,对电缆沟敷设电缆进行温度监测。本文首先结合传热学对交联聚乙烯电缆的温度场进行研究,分析了传导方程及不同敷设环境的边界条件。使用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件建立空气中敷设的单芯电缆模型进行仿真,用割线法计算电缆的载流量。分析温度场仿真的结果,用于指导模拟实验平台的搭建。根据实际工程,建立电缆沟电缆敷设模型进行仿真,定位电缆群的温度分布最大点,确定测温传...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 电力电缆故障监测研究现状
1.2.1 数值计算方法研究现状
1.2.2 电缆温度监测技术研究现状
1.2.3 声表面波技术研究现状及发展趋势
1.3 本文主要研究内容及章节架构
2 电缆及中间接头的温度场计算及多物理场仿真
2.1 电缆温度场计算原理
2.1.1 电缆的结构及敷设方式
2.1.2 电缆的发热分析
2.1.3 耦合温度场数学模型
2.2 单芯电缆空气中敷设多物理场建模与仿真
2.2.1 电缆的几何模型和物理参数设置
2.2.2 网格设置
2.2.3 温度场及载流量有限元模型验证
2.3 三芯电缆电缆沟敷设多物理场建模与仿真
2.3.1 单根三芯电缆温度场建模与仿真
2.3.2 三芯电缆电缆沟敷设温度场建模与仿真
2.4 电缆中间接头模型温度场建模与仿真分析
2.4.1 电缆中间接头的建模与参数设置
2.4.2 中间接头接触电阻分析
2.4.3 制作良好的电缆中间接头的温度分布及分析
2.4.4 缺陷电缆中间接头的温度分布及分析
2.5 本章小结
3 声表面波传感技术
3.1 声表面波简介
3.2 声表面波传感器基本结构
3.2.1 声表面波温度传感器压电基底
3.2.2 声表面波温度传感器的叉指换能器
3.2.3 声表面波温度传感器反射栅
3.3 声表面波温度传感器的分类及原理
3.3.1 延迟线型声表面波温度传感器
3.3.2 谐振型声表面波温度传感器
3.4 本章总结
4 基于声表面波的电缆温度监测系统构建
4.1 基于声表面波的电缆测温系统构架
4.2 声表面波温度传感器
4.2.1 声表面波温度传感器结构优化
4.2.2 环形天线的优化设计
4.2.3 声表面波温度传感器芯片介绍及谐振特性分析
4.3 无线信号读写器设计
4.3.1 供电取能模块
4.3.2 无线发送模块设计
4.3.3 无线接受模块设计
4.3.4 数据处理模块设计
4.3.5 Zig Bee通信模块设计
4.3.6 GPRS模块
4.4 软件设计
4.4.1 Zig Bee无线网络软件的设计
4.4.2 监控主机流程
4.5 本章小结
5 测温实验系统的搭建与实验
5.1 测温实验系统的搭建
5.1.1 实验设备
5.1.2 电缆中间接头的制作温度传感器的安装
5.2 实验结果及分析
5.2.1 声表面波温度传感器灵敏度测试
5.2.2 电缆及中间接头温度测试
5.3 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度传感器的对比研究[J]. 曹博,刘文评. 内江科技. 2019(09)
[2]10 kV交联聚乙烯电力电缆常见故障分析处理及防范措施[J]. 李灏. 通信电源技术. 2018(08)
[3]光纤传感技术在电力系统中的应用前景[J]. 丁健. 电子世界. 2016(23)
[4]电力电缆故障原因分析及检测方法研究[J]. 王宪萍,贺丽芳. 中国高新技术企业. 2016(25)
[5]多回输电线路下单芯电力电缆护套感应电压和环流计算分析[J]. 张嘉乐,吴耀辉. 电气技术. 2016(08)
[6]高压开关柜无线测温系统设计及可靠性研究[J]. 陈雪薇,马国明,李成榕,罗定平. 高压电器. 2015(06)
[7]基于ZigBee的开关柜触头温度在线监测预警系统[J]. 张青山,段建东,叶兵,张宏光,樊华. 高压电器. 2015(04)
[8]电力电缆温度监测方法的探讨[J]. 高云鹏,谭甜源,刘开培. 绝缘材料. 2014(06)
[9]温度对高压直流电缆中间接头内电场分布的影响分析[J]. 陈庆国,秦艳军,尚南强,池明赫,魏新劳. 高电压技术. 2014(09)
[10]无源无线轮胎压力监测系统研究[J]. 滕学志,韦江波,王俊石,董兰飞,陈海军. 农业装备与车辆工程. 2014(04)
硕士论文
[1]电气化铁路10kV电力电缆头发热分析与安全监测[D]. 杜智亮.西安理工大学 2019
[2]高压交流交联聚乙烯电缆绝缘的性能测试与分析[D]. 乔同磊.哈尔滨理工大学 2019
[3]电力系统谐波检测的研究及应用[D]. 陈欣.华北电力大学(北京) 2019
[4]基于集成声表面波传感器的滚动轴承状态监测系统研制[D]. 殷斌.哈尔滨工业大学 2019
[5]基于声表面波传感技术的高压开关柜温度监测系统的研究[D]. 赵唐.重庆理工大学 2019
[6]高压直流电缆附件内缺陷对电场分布的影响研究[D]. 伍国方.哈尔滨理工大学 2017
[7]基于声表面波的非接触无线温度测量系统研究[D]. 许睿.浙江大学 2016
[8]声表面波无源无线压力传感器研究[D]. 唐浚峰.北京理工大学 2016
[9]兰姆波型声表面波无源无线温度传感器的研究[D]. 陈鹏.电子科技大学 2015
[10]无源无线声表面波温度传感系统[D]. 张亦居.南京航空航天大学 2014
本文编号：3206506
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 电力电缆故障监测研究现状
1.2.1 数值计算方法研究现状
1.2.2 电缆温度监测技术研究现状
1.2.3 声表面波技术研究现状及发展趋势
1.3 本文主要研究内容及章节架构
2 电缆及中间接头的温度场计算及多物理场仿真
2.1 电缆温度场计算原理
2.1.1 电缆的结构及敷设方式
2.1.2 电缆的发热分析
2.1.3 耦合温度场数学模型
2.2 单芯电缆空气中敷设多物理场建模与仿真
2.2.1 电缆的几何模型和物理参数设置
2.2.2 网格设置
2.2.3 温度场及载流量有限元模型验证
2.3 三芯电缆电缆沟敷设多物理场建模与仿真
2.3.1 单根三芯电缆温度场建模与仿真
2.3.2 三芯电缆电缆沟敷设温度场建模与仿真
2.4 电缆中间接头模型温度场建模与仿真分析
2.4.1 电缆中间接头的建模与参数设置
2.4.2 中间接头接触电阻分析
2.4.3 制作良好的电缆中间接头的温度分布及分析
2.4.4 缺陷电缆中间接头的温度分布及分析
2.5 本章小结
3 声表面波传感技术
3.1 声表面波简介
3.2 声表面波传感器基本结构
3.2.1 声表面波温度传感器压电基底
3.2.2 声表面波温度传感器的叉指换能器
3.2.3 声表面波温度传感器反射栅
3.3 声表面波温度传感器的分类及原理
3.3.1 延迟线型声表面波温度传感器
3.3.2 谐振型声表面波温度传感器
3.4 本章总结
4 基于声表面波的电缆温度监测系统构建
4.1 基于声表面波的电缆测温系统构架
4.2 声表面波温度传感器
4.2.1 声表面波温度传感器结构优化
4.2.2 环形天线的优化设计
4.2.3 声表面波温度传感器芯片介绍及谐振特性分析
4.3 无线信号读写器设计
4.3.1 供电取能模块
4.3.2 无线发送模块设计
4.3.3 无线接受模块设计
4.3.4 数据处理模块设计
4.3.5 Zig Bee通信模块设计
4.3.6 GPRS模块
4.4 软件设计
4.4.1 Zig Bee无线网络软件的设计
4.4.2 监控主机流程
4.5 本章小结
5 测温实验系统的搭建与实验
5.1 测温实验系统的搭建
5.1.1 实验设备
5.1.2 电缆中间接头的制作温度传感器的安装
5.2 实验结果及分析
5.2.1 声表面波温度传感器灵敏度测试
5.2.2 电缆及中间接头温度测试
5.3 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度传感器的对比研究[J]. 曹博,刘文评. 内江科技. 2019(09)
[2]10 kV交联聚乙烯电力电缆常见故障分析处理及防范措施[J]. 李灏. 通信电源技术. 2018(08)
[3]光纤传感技术在电力系统中的应用前景[J]. 丁健. 电子世界. 2016(23)
[4]电力电缆故障原因分析及检测方法研究[J]. 王宪萍,贺丽芳. 中国高新技术企业. 2016(25)
[5]多回输电线路下单芯电力电缆护套感应电压和环流计算分析[J]. 张嘉乐,吴耀辉. 电气技术. 2016(08)
[6]高压开关柜无线测温系统设计及可靠性研究[J]. 陈雪薇,马国明,李成榕,罗定平. 高压电器. 2015(06)
[7]基于ZigBee的开关柜触头温度在线监测预警系统[J]. 张青山,段建东,叶兵,张宏光,樊华. 高压电器. 2015(04)
[8]电力电缆温度监测方法的探讨[J]. 高云鹏,谭甜源,刘开培. 绝缘材料. 2014(06)
[9]温度对高压直流电缆中间接头内电场分布的影响分析[J]. 陈庆国,秦艳军,尚南强,池明赫,魏新劳. 高电压技术. 2014(09)
[10]无源无线轮胎压力监测系统研究[J]. 滕学志,韦江波,王俊石,董兰飞,陈海军. 农业装备与车辆工程. 2014(04)
硕士论文
[1]电气化铁路10kV电力电缆头发热分析与安全监测[D]. 杜智亮.西安理工大学 2019
[2]高压交流交联聚乙烯电缆绝缘的性能测试与分析[D]. 乔同磊.哈尔滨理工大学 2019
[3]电力系统谐波检测的研究及应用[D]. 陈欣.华北电力大学(北京) 2019
[4]基于集成声表面波传感器的滚动轴承状态监测系统研制[D]. 殷斌.哈尔滨工业大学 2019
[5]基于声表面波传感技术的高压开关柜温度监测系统的研究[D]. 赵唐.重庆理工大学 2019
[6]高压直流电缆附件内缺陷对电场分布的影响研究[D]. 伍国方.哈尔滨理工大学 2017
[7]基于声表面波的非接触无线温度测量系统研究[D]. 许睿.浙江大学 2016
[8]声表面波无源无线压力传感器研究[D]. 唐浚峰.北京理工大学 2016
[9]兰姆波型声表面波无源无线温度传感器的研究[D]. 陈鹏.电子科技大学 2015
[10]无源无线声表面波温度传感系统[D]. 张亦居.南京航空航天大学 2014
本文编号：3206506
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