避雷器在线监测仪的研究与设计

论文摘要

金属氧化物避雷器（MOA）是一种重要的过压保护电器,其性能的优劣不但对电气设备安全运行起着至关重要的作用,而且对电力系统的经济效益,特别是对高压输电系统建设的经济效益,具有显著的影响。随着电力事业的飞速发展,金属氧化物避雷器的应用也随之越来越广泛。为减少因金属氧化物避雷器老化、受潮等因素造成的电力事故,通常采用避雷器监测器进行在线监测,来有效防止因金属氧化物避雷器故障而造成的电力事故,因此避雷器在线监测仪的研制具有很高的社会意义和较强的实用价值。本文介绍了目前常用的金属氧化物避雷器的监测方法,阐述了全电流法、补偿法、三次谐波阻性电流法和介损角测量等方法的优缺点。谐波分析方法具有较好的抗干扰性和稳定性,是目前较为理想的一种介损角分析法。在论述了谐波分析方法测介损的原理后,分析了频谱泄漏和栅栏效应产生的原因及其解决方法。提出了基于汉宁窗插值FFT的介损角测量法,并对基波频率、三次谐波含量、截断信号的数据长度和白噪声的影响进行了仿真,仿真结果表明,加汉宁窗插值法具有较高的测量精度和抗干扰能力。同时该算法易于在DSP上实现。根据监测仪功能需求,本文提出了以TMS320F2812为处理器,以ADS8364为模数转换器和以STR-18为通信模块的避雷器在线监测仪的构成方案,同时进行了全面的硬件设计和软件设计,给出了系统设计原理图和主要模块软件流程图。同时,为了提高各数据模块采样时间的一致性和减少工作人员在离高电压区作业风险,系统采用了无线通信。最后完成对人机交互模块和无线通信模块进行了调试,同时完成了液晶界面菜单设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 避雷器的分类及特点
• 1.2 避雷器在线监测仪的研究现状
• 1.3 避雷器在线监测仪研究的意义
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 避雷器特征量及其在线监测方法
• 2.1 氧化锌避雷器结构特性及等效电路分析
• 2.2 避雷器在线监测的方法
• 2.2.1 全电流法
• 2.2.2 补偿法
• 2.2.3 阻性电流三次谐波法
• 2.2.4 西林电桥介损测量法
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于汉宁窗插值介损法的研究
• 3.1 谐波分析法的介损测量
• 3.1.1 谐波分析法的原理
• 3.1.2 谐波分析法的不足
• 3.2 加窗的作用及窗函数的选择
• 3.2.1 加窗的作用
• 3.2.2 窗函数的选择
• 3.3 基于加汉宁窗的介损测量法
• 3.3.1 汉宁窗测介损的原理
• 3.3.2 基于汉宁窗插值测介损的检测
• 3.4 加汉宁窗与不加窗的实验仿真和分析
• 3.5 汉宁窗插值算法的性能仿真分析
• 3.5.1 频率的影响
• 3.5.2 采样点数的影响
• 3.5.3 三次谐波分量的影响
• 3.5.4 白噪声的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 避雷器在线监测仪硬件系统设计
• 4.1 硬件系统的总体结构设计
• 4.2 监测仪处理器的选型
• 4.3 信号调理电路设计
• 4.3.1 电流信号采样电路设计
• 4.3.2 电压信号采样设计
• 4.3.3 滤波电路设计
• 4.4 模数转换电路设计
• 4.5 电源模块设计
• 4.6 无线通信电路设计
• 4.7 数据存储单元设计
• 4.8 人机交互模块设计
• 4.8.1 按键输入模块设计
• 4.8.2 系统显示模块设计
• 4.9 硬件系统抗干扰设计
• 4.10 本章小结
• 第5章 避雷器在线监测仪软件系统设计
• 5.1 系统主函数设计
• 5.2 数据处理及故障诊断软件设计
• 5.2.1 数据采样
• 5.2.2 数字滤波处理
• 5.2.3 故障诊断依据
• 5.2.4 故障诊断流程设计
• 5.2.5 避雷器投切流程设计
• 5.3 无线通信软件设计
• 5.3.1 通信协议设计
• 5.3.2 通信中的差错控制措施
• 5.3.3 发送和接收软件设计
• 5.4 人机交互软件设计
• 5.4.1 按键输入设计
• 5.4.2 显示界面设计
• 5.5 软件抗干扰措施
• 5.6 系统调试
• 5.6.1 硬件调试注意事项
• 5.6.2 软件调试注意事项
• 5.6.3 STR-18模块调试
• 5.6.4 DSP仿真器及电路板调试
• 5.6.5 系统监测功能调试
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录）
• 附录B（攻读硕士学位期间所参加的科研项目）
• 附录C（加汉宁窗插值算法MATLAB程序）
• 附录D（加汉宁窗插值的介损测量源程序）
• 附录E（避雷器在线监测仪系统主原理图）