局部放电UHF法宽动态范围传感器研究及监测系统设计

发布时间：2017-10-25 20:09

  本文关键词：局部放电UHF法宽动态范围传感器研究及监测系统设计

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【摘要】：气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear,GIS)广泛应用于城市供电等高压输变电系统中。局部放电既是GIS绝缘劣化的征兆和表现形式,又是绝缘进一步劣化的原因。为了保证GIS的安全可靠运行,国内外对GIS局部放电检测技术开展了大量的研究,特高频(Ultra High Frequency,UHF)检测法在GIS局部放电研究中处于重要地位。但到目前为止,仍存在传感器监测范围小、带宽低、信号频率高、采集难度大、设备造价昂贵、兼容性不佳等应用问题。本文以GIS中UHF法局部放电监测系统为研究对象,以设备的应用问题为研究视角,通过对数域检波和基于FPGA的高速数据处理等方法,依据IEC61850进行建模,力图使用更少的传感器对GIS进行更大范围的检测,并降低设备成本,提高兼容性,为局部放电监测设备的应用提供技术基础。论文的主要研究内容以及取得成果如下:(1)运用电磁波理论定性分析局部放电电磁波在GIS内的衰减特性,运用HFSS仿真软件定量分析衰减程度以及传感器安装位置,研究表明需要高于40d B动态范围的检测装置安装在盆式绝缘子上,才能有效的在20米范围内检测局部放电。(2)运用有源集成天线技术,对阿基米德螺旋天线、蝶形天线等宽频带天线进行对比分析,并且对多种宽动态范围检测方法进行对比研究,确定蝶形天线和对数检波技术适合于GIS局部放电检测。研制了宽动态范围的局部放电有源集成传感器,并对其进行了测试,实验结果表明,该传感器具有44d B的动态范围,700~900MHz的敏感频段,0.3~1.5GHz的检测频段,适合局部放电检测使用。(3)运用时分复用技术对多通道传感器进行采集,并对其抗干扰措施进行分析和改进;运用频分复用技术实现信号与电源的共线传输;通过眼图分析了FPGA高速数字系统的信号完整性,并对其PCB设计进行改进。以高速FPGA为核心通过控制相关电路完成信号放大、滤波、采集、存储并把数据上传到上位机监测诊断中心。(4)分析了基于相位的局部放电检测的监测模式以及录波模式,设计了下位机检测软件。根据智能变电站IEC61850协议进行了局部放电信息的建模,增强局部放电监测系统在各不同站内的兼容性。本文最后利用研制的局部放电在线监测系统在110k V三相共筒式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】：封闭式气体绝缘组合电器 局部放电 特高频 检测 动态范围
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM595
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 研究背景与意义10-15
• 1.2 GIS局部放电检测方法15-16
• 1.3 研究现状16-19
• 1.4 本文主要研究内容19-21
• 第2章 局部放电电磁波衰减特性研究21-32
• 2.1 局部放电电磁波的产生与传播衰减21-24
• 2.2 局部放电电磁波在GIS内传播的HFSS仿真24-29
• 2.3 宽动态范围检测方法研究29-31
• 2.3.1 宽动态范围检测方法29-30
• 2.3.2 宽动态范围局部放电在线监测系统组成30-31
• 2.4 小结31-32
• 第3章 宽动态范围的有源集成传感器研究与设计32-47
• 3.1 有源集成传感器概述与传感器结构研究32-33
• 3.2 宽动态范围传感器的宽频带天线33-40
• 3.2.1 UHF法检测GIS局部放电传感器天线影响因素分析33
• 3.2.2 局部放电检测天线对比研究33-37
• 3.2.3 天线长宽及加载电阻的影响分析与实体天线测试37-40
• 3.3 宽动态范围的降频模拟电路40-46
• 3.3.1 基于对数域变化的动态范围扩增的原理及其仿真41-43
• 3.3.2 宽动态范围的降频模拟电路的设计43-44
• 3.3.3 宽动态范围的降频模拟电路的测试及电容参数对输出的影响44-46
• 3.4 小结46-47
• 第4章 UHF法局部放电监测系统主机硬件研制47-63
• 4.1 传感器信号的输入、调理与模数转换模块47-54
• 4.1.1 信号电源共线传输的频分复用技术研究47-49
• 4.1.2 多通道传感器多路复用时的干扰抑制49-51
• 4.1.3 信号调理及模数转换电路51-53
• 4.1.4 模数转换模块测试53-54
• 4.2 基于FPGA的局部放电主机 200MHz高速数字缓存模块54-59
• 4.2.1 基于FPGA的高速数字缓存模块的硬件设计54-56
• 4.2.2 SDRAM数据信号完整性分析与PCB设计改进56-57
• 4.2.3 数据缓存模块测试57-59
• 4.3 基于以太网通讯的高速数据上传模块59-62
• 4.3.1 基于TCP/IP协议的 10/100M以太网硬件59-61
• 4.3.2 TCP client模式的以太网传输测试及其与485总线传输对比61-62
• 4.4 小结62-63
• 第5章 局部放电检测系统软件开发及IEC61850建模63-75
• 5.1 基于FPGA的局部放电检测方法63-66
• 5.2 基于SOPC与NIOSII的局部放电软件开发与采集策略研究66-69
• 5.3 基于IEC61850协议的智能变电站数据建模69-73
• 5.3.1 逻辑节点建模70-72
• 5.3.2 数据类建模72-73
• 5.3.3 逻辑设备建模73
• 5.4 小结73-75
• 第6章 动态范围测试及现场验证实验75-82
• 6.1 局部放电检测系统主机调试与安装75-76
• 6.2 UHF局部放电传感器动态范围测试76-78
• 6.3 110kV GIS母线局部放电现场实测78-81
• 6.3.1 局部放电现场试验原理图与试验平台78-79
• 6.3.2 GIS内部尖端缺陷安置79
• 6.3.3 试验步骤79-80
• 6.3.4 试验结果及分析80-81
• 6.4 小结81-82
• 结论与展望82-84
• 参考文献84-90
• 致谢90-91
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录91

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本文编号：1095291