基于光电倍增管的高压电力设备放电检测系统的研究

论文摘要

检测高压设备放电可有效的了解设备绝缘状况,为电力部门运行、检修提供科学的参考。光测法,特别是紫外光检测方法,作为放电检测中的一种非电测量方法,既有非接触的优点,又因其灵敏度不高,不能线性反映放电强弱而难于实际应用。本文在高压电力设备电晕放电及其基于光电倍增管的紫外检测技术方面做了探索性的研究。进行了放电紫外检测技术和紫外光电倍增管应用特性的研究工作,设计研制了基于光电倍增管的高压电力设备放电紫外光检测系统,试验研究了光电倍增管及其检测系统在放电检测中的应用情况。本文完成的主要工作及结论有:①从气体电晕放电理论和相关试验情况出发,研究了对应空气中各分子成分的电晕放电的光谱信息,明确了整个电晕放电的光谱主要在紫外区,检测放电的光谱应选在紫外区;②研究了光电倍增管的使用特性及其在紫外辐射测量技术,微弱“日盲”区紫外光检测技术中的应用;研究了电力设备放电的紫外辐射强度与放电强度的相关性,作为通过检测紫外辐射强度来评估放电情况的依据;③从光电倍增管的特性和紫外检测电路的设计入手,研究了光电倍增管作为检测传感器的可行性,相对于紫外脉冲法和传统的紫外光敏管,提出了适用于光电倍增管的紫外光功率测量的方法;试验证明,其具有良好的线性度,适合采用紫外光功率测量方法进行处理,比紫外光敏管更具优势,在实地条件下能检测到放电脉冲,能够应用于电力设备的放电检测;④完成了以光电倍增管为传感器,以C8051F120单片机为处理核心的紫外光检测系统的软硬件系统设计。针对设备放电紫外光信号的特点采用了高速数字积分电路来达到对其功率的测量;根据测量值与进入仪器表面紫外光功率之间的数值关系,可以推导出紫外辐射光源的辐射强度,作为判断放电强弱的参考;⑤设计研制的基于光电倍增管的高压电力设备放电紫外检测系统经过了实验室内电火花放电检测,针-板放电检测和邮亭220kV变电站实地检测试验等一系列试验的验证,其线性度好,灵敏度高,能够切实的定量反映放电的强弱,能够应用于高压电力设备的放电检测。基于光电倍增管的放电紫外检测系统,在强日光条件下的性噪比和方向特性上,仍可作一定的改进,但将其应用在电力设备放电的实际检测中是可行的,其抗干扰能力强,不影响系统运行;能够线性的反映放电强弱,实现定量测量,具有较高的灵敏度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 课题的研究现状
• 1.2.1 局部放电检测技术
• 1.2.2 应用于电晕放电的光测法
• 1.2.3 紫外检测技术应用范围
• 1.3 课题的引出
• 1.4 本课题主要研究内容
• 2 高压电力设备放电理论与紫外检测原理
• 2.1 引言
• 2.2 气体放电理论
• 2.2.1 汤生电子崩理论
• 2.2.2 流注理论
• 2.3 电晕放电理论
• 2.3.1 电晕放电的一般特性
• 2.3.2 电力设备的电晕放电
• 2.4 电晕放电的紫外检测原理
• 2.4.1 电晕放电的光谱分析
• 2.4.2 检测光谱范围的选择
• 2.4.3 紫外辐射强度与电晕放电强度的相关性
• 2.5 本章小结
• 3 高压电力设备放电紫外检测方法的研究
• 3.1 引言
• 3.2 紫外脉冲法
• 3.2.1 紫外脉冲法测量原理
• 3.2.2 紫外光敏管
• 3.3 紫外光功率测量法
• 3.3.1 紫外光功率测量法的原理
• 3.3.2 光电倍增管
• 3.3.3 光电倍增管的线性度试验
• 3.3.4 光电倍增管的可行性试验
• 3.4 本章小结
• 4 高压电力设备放电紫外检测系统的设计
• 4.1 引言
• 4.2 系统框图
• 4.3 传感器部分
• 4.3.1 光电倍增模块
• 4.3.2 滤光系统
• 4.4 电源模块
• 4.4.1 高压电源模块
• 4.4.2 模拟电路数字电路电源部分
• 4.4.3 暗电流抑制
• 4.5 信号处理电路
• 4.5.1 放大滤波电路
• 4.5.2 脉冲甄别电路
• 4.5.3 AD 转换-数字积分电路
• 4.6 处理器电路
• 4.6.1 单片机
• 4.6.2 外接存储器
• 4.6.3 液晶显示
• 4.7 高频PCB 电路设计
• 4.8 检测系统程序设计
• 4.9 外观设计与加工
• 4.10 仪器测量值与辐射强度的数值关系
• 4.11 本章小结
• 5 高压电力设备放电紫外检测系统的试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 电火花发生器放电检测试验
• 5.2.1 紫外脉冲法的测量
• 5.2.2 紫外光功率法的测量
• 5.3 高压试验室针-板放电检测实验
• 5.3.1 正针负板时针-板放电试验结果
• 5.3.2 正板负针时针-板放电试验结果
• 5.3.3 针-板放电规律
• 5.3.4 试验结论
• 5.4 邮亭变电站实地检测试验
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录