光纤电流互感器检测系统的研究

论文摘要

电流互感器作为电力系统中的重要设备,对电力系统的正常运行和电力的精确计量有非常重要的作用。随着国民经济的发展,新的供电电压等级的不断提高,系统的测量和保护进度要求不断提高,电子式新型电流互感器替代传统的电磁式电流互感器是必然的趋势。课题光纤电流互感器检测系统的设计就是针对工频大电流进行测量。本课题在对电流的测量上寻求一种新的办法,该方案借鉴了传统电磁式电流互感器的传感部分,但对于耦合下来的电流的处理却和以往人们研究的方法大相径庭,独辟蹊径。整个光纤电流检测系统实现的方法是利用电磁式电流互感器将电力线上的一次电流耦合为较小的二次电流。二次电流流经敏感电阻生热。即将电流转换为热量。敏感电阻表面附着有对温度敏感的荧光材料,根据荧光材料受到紫外光照射后其余辉寿命受温度调制且变化单调。将荧光余辉经由光纤送AD采样,利用单片机对荧光寿命进行测量,从而实现对被测大电流的测量。本次设计研究的主要内容在硬件上以微处理器为核心,首先通过运算放大电路对荧光余辉信号进行放大,然后用AD对放大后的荧光余辉曲线进行高速采样,根据采集到的数据和合理的数据处理方法计算出荧光余辉寿命从而测得敏感电阻的温度继而实现对被测大电流的在线检测。软件中,为了选择合适的运算放大器利用MATLAB对余辉信号进行了频谱分析;利用MATLAB对数据处理的两种方法进行了仿真比较。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 电流互感器的分类
• 1.3 电磁式电流互感器
• 1.3.1 电磁式电流互感器的现状
• 1.3.2 电磁式电流互感器的弊端
• 1.4 光电式电流互感器
• 1.4.1 光电式电流互感器的分类
• 1.4.2 光电式电流互感器的工作原理
• 1.4.3 光纤电流互感器的研究及现状
• 第二章 光纤电流互感器检测系统方案论证
• 2.1 整体方案
• 2.2 方案论证
• 第三章 光纤电流互感器检测系统的理论基础
• 3.1 光纤荧光温度传感器的分类
• 3.2 光纤荧光温度传感器的分类
• 3.2.1 荧光材料的测温机理
• 3.2.2 荧光材料的光谱特性
• 3.2.3 发光材料介绍
• 3.3 光纤及光纤传感器相关理论
• 3.3.1 光纤的基础知识
• 3.3.2 光纤传感器的特点与组成
• 第四章 光纤电流互感器检测系统的硬件设计
• 4.1 荧光材料的选择
• 4.1.1 荧光物质的发光机理
• 4.1.2 荧光材料的测温性能
• 4.2 激励光源的驱动电路
• 4.2.1 激励光源
• 4.2.2 驱动电路
• 4.2.3 驱动电路改进
• 4.3 荧光余辉信号的放大电路
• 4.3.1 荧光余辉信号的线频谱
• 4.3.2 运算放大器的选择
• 4.3.3 放大电路自激振荡的消除
• 4.3.4 放大电路的传输特性
• 4.4 单片机系统的设计
• 4.5 基于SPI总线的多机通讯
• 4.5.1 多机通讯方案的确定
• 4.5.2 C8051F120单片机增强型串行外设SPI
• 4.5.3 SPI多机通讯的组建及通讯问题的解决
• 第五章 光纤电流互感器检测系统的软件设计
• 5.1 单片机系统的软件流程
• 5.1.1 单片机主机系统软件流程
• 5.1.2 单片机从机系统软件流程
• 5.2 基于单片机系统的数据处理方法
• 5.2.1 累加平均
• 5.2.2 最小二乘拟合
• 5.2.3 面积比值法
• 第六章 实验结果与分析
• 6.1 数据方法的仿真比较
• 6.1.1 噪声对两种算法的影响对比
• 6.1.2 区间宽度对面积比算法的影响
• 6.2 仪器标定
• 6.3 系统动态响应特性实验
• 第七章 结论
• 参考文献
• 附录A 检测系统原理图
• 在学研究成果
• 致谢