GIS局部放电超声信号传播特性及检测系统设计

发布时间：2017-09-28 10:18

  本文关键词：GIS局部放电超声信号传播特性及检测系统设计

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【摘要】：气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear, GIS)由于其诸多优点,在电力系统中应用越来越广泛,特别是城市供电等高压输变电系统中。GIS中局部放电现象是其绝缘性能下降的一种征兆现象,并且会进一步劣化绝缘性能引起更大的事故。为了保证GIS稳定安全运行,针对GIS局部放电检测技术国内外进行了大量理论和实验研究。目前有多种方法可对局部放电进行有效检测,但各种手段性能不尽完善,超声波法作为一种重要的局部放电检测手段得到了广泛的应用,然而关于局放超声信号的数值仿真研究非常少,相关研究多为实验研究结果。因此针对这一问题利用时域有限差分法对GIS中超声信号的传播特性进行仿真,并参考仿真结果设计了一款超声局放检测仪。通过研究GIS中局放超声信号的传播规律,可以为超声时延计算,基于幅值衰减定位计算提供理论依据,并为现场局放检测提供理论参考。论文的主要研究内容以及取得成果如下：(1)利用电力声方法对局放超声信号产生机理进行研究,并对压电式超声传感器的检测特性进行分析,影响超声传感器检测灵敏度的主要因素包括压电晶体厚度和目标声波波速,探头的谐振频率大小随着压电晶体的厚度减小而迅速增大。(2)利用FDTD法对声波动方程进行离散化处理,建立基于110kV标准的GIS超声传播仿真模型,对超声信号在GIS中的衰减特性,折反射问题,声压分布特性,局放源位置的影响,检测角度的影响等进行仿真研究,结果表明超声信号幅值大小与传播距离基本成反比例关系,在气固界面发生严重的界面损耗,金属导杆对超声信号传播有严重的阻挡效应,GIS底部为一个重要的传感器安装位置。(3)进行超声检测系统的研制,该部分主要包括软件和硬件两部分。硬件部分包括参考GIS中局部放电超信号的特性对声发射传感器进行选型,设计相应的前置放大滤波电路,并设计以FPGA芯片为控制核心的数据采集和传输模块,利用SOPC搭建所需要的硬件资源,通过NiosII软件编写局放超声信号的下位机软件系统实现数据的采集及传输的控制策略。本文最后利用研制的局部放电检测系统在110kV三相分筒式GIS中进行了现场实测,试验结果验证了系统的有效性。
【关键词】：GIS 局部放电 时域有限差分 超声
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM595
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景与意义10-12
• 1.2 GIS局部放电检测方法12-15
• 1.3 国内外研究现状15-17
• 1.3.1 局放超声信号传播特性研究现状15-16
• 1.3.2 局放超声检测研究现状16-17
• 1.4 主要研究内容17-19
• 第2章 局放超声信号产生及检测方法原理19-27
• 2.1 局部放电超声信号产生机理分析19-22
• 2.1.1 描述声场的物理量19-20
• 2.1.2 电—力—声类比20-21
• 2.1.3 局部放电产生超声波机理21-22
• 2.2 局部放电的表征参数22-23
• 2.3 声测法检测原理23-25
• 2.4 本章小结25-27
• 第3章 局放超声信号传播特性仿真分析27-49
• 3.1 时域有限差分法简介27-32
• 3.1.1 时域有限差分法基本概念27
• 3.1.2 时域有限差分法基本原理27-31
• 3.1.3 FDTD方法的CFL稳定条件31
• 3.1.4 PML吸收边界31-32
• 3.2 声场的波动方程32-33
• 3.3 GIS腔体内局放超声信号传播特性33-47
• 3.3.1 建模过程34-39
• 3.3.2 超声信号的衰减特性39-42
• 3.3.3 超声信号折反射问题42-44
• 3.3.4 金属导杆对超声信号传播的影响44-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第4章 GIS局放超声检测系统设计49-62
• 4.1 超声传感器49-51
• 4.1.1 超声传感器分类49-50
• 4.1.2 传感器选型50-51
• 4.2 超声检测系统硬件设计51-58
• 4.2.1 前置放大与滤波电路52-55
• 4.2.2 AD模块设计55-56
• 4.2.3 数据存储与传输模块56-58
• 4.3 局放超声检测软件系统设计58-61
• 4.3.1 开发环境介绍58-59
• 4.3.2 系统控制单元设计59-60
• 4.3.3 缓存及预判断模块设计60-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 硬件测试与现场试验62-70
• 5.1 前置放大与滤波电路测试62-64
• 5.1.1 放大电路测试62-63
• 5.1.2 滤波电路测试63-64
• 5.2 信号采集与数据传输测试64-65
• 5.2.1 数据传输测试64-65
• 5.2.2 整体测试65
• 5.3 现场测试65-69
• 5.3.1 局部放电试验平台66
• 5.3.2 局部放电试验平台66-67
• 5.3.3 实验方案67
• 5.3.4 试验结果及分析67-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第6章 总结与展望70-72
• 6.1 论文的主要研究工作及结论70-71
• 6.2 需要进一步研究的问题71-72
• 参考文献72-77
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录77-78
• 致谢78

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本文编号：935287