基于DSP的井下动力电缆在线绝缘监测

论文摘要

本文主要对井下电缆的绝缘老化在线监测方法和井下电缆接地故障支路的判断这两个方面进行了研究。井下电缆绝缘老化的在线监测可以实现电缆绝缘情况的实时监测，可以在电缆绝缘老化比较严重时提前预警，及时的更换新电缆来消除故障隐患。另外，电缆接地故障支路的判断功能可以在电缆的一条支路发生接地故障时有选择性的断开故障支路来修理。本文使用的是低频电流法来实现电缆绝缘的在线监测。低频电流法在理论上能够比较好的实现电缆绝缘情况的实时监测。低频电流法一直存在的一个问题就是小电流信号的提取。在硬件方面本设计通过一个高灵敏度的霍尔电流传感器来采集低频信号，高速高精度AD转换芯片来把模拟量转换为数字量，DSP强大的信号处理能力为信号提取提供硬件基础。在软件方面通过傅氏算法实现的数字滤波，来精确的提取信号。对于傅氏算法，文章利用matlab进行了仿真实验，并模拟仿真了各种干扰。鉴于低频电流法的原理，它也可以实现故障支路的判断的功能。文章就此在没有高电压的情况下进行了模拟实验。计算机仿真和部分实验证实，本设计能够很好的解决低频电流法中小电流信号提取困难的问题，实现井下电缆的绝缘情况的实时监测。在实时监测电缆绝缘情况的同时，低频电流法还能够实现电缆接地故障支路的选择判断的特性。文章最后的给出了整体的设计的电路原理图和芯片配套程序的编程思路，整体完成了设计的思想及实现工作。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及研究意义
• 1.2 电缆在线监测国内外研究现状
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 电缆在线监测方法
• 1.3 论文主要研究内容及安排
• 1.4 本章小结
• 2 井下动力电缆绝缘下降机理分析
• 2.1 电缆绝缘老化原因
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 电缆老化种类
• 2.2 水树枝形成机理
• 2.2.1 水树枝的形成与发展
• 2.2.2 水树枝的特点
• 2.3 介质损耗与水树枝的关系
• 2.4 XLPE 电缆的击穿过程
• 2.5 本章小结
• 3 低频电流法及其试验研究
• 3.1 低频电流法原理
• 3.2 低频电流法的研究现状
• 3.3 低频电流频率和幅值的选择标准
• 3.4 低频电流法离线模拟实验
• 3.4.1 实验目的
• 3.4.2 实验原理
• 3.4.3 实验数据分析
• 3.4.4 实验总结
• 3.5 本章小结
• 4 信号提取算法研究与仿真
• 4.1 概述
• 4.2 傅氏算法基本原理
• 4.3 算法的实际信号处理过程
• 4.4 算法的 MATLAB 仿真实验及误差分析
• 4.4.1 概述
• 4.4.2 外界信号干扰对信号提取的影响
• 4.4.3 A/D 转换带来的误差分析
• 4.4.4 采样不确定性带来的误差分析
• 4.5 本章小结
• 5 电流传感器的选择及硬件电路的设计
• 5.1 概述
• 5.2 电流传感器的选择
• 5.2.1 霍尔电流传感器概述
• 5.2.2 HFP2 霍尔可拆卸电流传感器
• 5.3 信号源的设计
• 5.3.1 信号源的产生方式
• 5.3.2 单片机编程实现的信号源
• 5.4 前置放大电路
• 5.5 滤波电路
• 5.5.1 低通滤波电路
• 5.5.2 50Hz 陷波电路
• 5.6 A/D 转化模块
• 5.7 DSP 模块
• 5.7.1 DSP 芯片概述
• 5.7.2 DSP 最小系统
• 5.7.3 TMS320C6203B 与 ADS5422 的连接
• 5.8 显示及报警电路
• 5.9 电源电路
• 5.10 本章小结
• 6 软件编程
• 6.1 软件开发工具
• 6.2 总程序
• 6.3 DSP 读取 ADS5422 数据子程序
• 6.4 数据处理模块子程序
• 6.5 1602 显示子程序
• 6.6 本章小结
• 7 总结与展望
• 参考文献
• 附录一
• 附录二
• 附录三
• 附录四
• 作者简历
• 学位论文数据集