基于DSP的变压器局部放电信号在线采集系统的设计

论文摘要

本文介绍了一个基于数字信号处理器（DSP）的电力变压器局部放电（PD）信号在线采集系统。首先,本文对局部放电信号的特征和属性进行了分析,并且根据Rogowski线圈原理建立了一个高频脉冲电流传感器的等效模型。通过Matlab的仿真,分析了线圈尺度参数（D,d）,传感器线圈匝数（N）,线圈杂散电容（C2）,负载电阻（R2）等参数对传感器的通频带和灵敏度的影响,从而总结出了传感器优化参数选择方法并且对传感器进行了设计。其次,本文对前端调理系统进行了设计。前端调理电路主要包括:前置放大器,极性鉴别电路,带通滤波器和后级放大电路。根据极性鉴别原理和模拟滤波原理,除了滤波器通频带内的白噪声以外,前端调理电路能够抑制传感器耦合的所有外部噪声和干扰信号。同时还应用差分放大电路来提高信噪比。最后,本文对高速数据采集系统进行了设计。高速数据采集电路主要包括:程控放大器（AD8250）,相位同步电路,A/D转换电路（AD9224）,数字信号处理器（DSP,TMS320F2812）和通信模块电路。采用“快采慢传”和“分时采集”的设计思路,实现了前端调理电路远传来的信号经程控放大满足A/D转换器要求,A/D转换器将该信号转换成12位数字信号输入DSP,相位同步电路能使要采集的一个工频周期的采样信号与相位一一对应,DSP先将采样信号存入512K×16异步SRAM中,当一个工频周期结束后,DSP通过通信模块将采样信号上传到PC机做进一步处理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电力变压器局部放电在线检测的概述
• 1.2 电力变压器局部放电的机理和分类
• 1.2.1 局部放电的机理
• 1.2.2 产生局部放电的必要条件
• 1.2.3 局部放电的分类
• 1.3 局部放电的检测方法
• 1.3.1 脉冲电流法
• 1.3.2 化学检测法
• 1.3.3 超声波检测法
• 1.3.4 超高频测量法
• 1.3.5 其他检测方法
• 1.4 干扰的分析与抑制
• 1.4.1 干扰的分类
• 1.4.2 干扰进入检测系统的途径
• 1.4.3 主要的局部放电抗干扰技术
• 1.5 国内外局部放电检测技术发展现状
• 1.5.1 国外局部放电在线检测技术
• 1.5.2 国内局部放电在线检测技术
• 1.6 课题的研究内容
• 第二章 局部放电的分析和电流传感器的设计
• 2.1 变压器介质内局部放电等效模型与分析
• 2.1.1 变压器介质内局部放电等效模型
• 2.1.2 局部放电等效电路分析
• 2.1.3 表征局部放电的基本参量
• 2.2 脉冲电流传感器的设计与仿真分析
• 2.2.1 脉冲电流法测量局部放电的原理
• 2.2.2 脉冲电流传感器的结构和频率特性
• 2.2.3 结构尺寸对传感器频率特性的影响
• 2.2.4 线圈匝数 N对传感器频率特性的影响
• 2对传感器频率特性的影响'>2.2.5 负载电阻R₂对传感器频率特性的影响
• 2对传感器频率特性的影响'>2.2.6 杂散电容C₂对传感器频率特性的影响
• 2.2.7 最优仿真结果
• 2.3 本章小节
• 第三章 前端调理系统的设计与实现
• 3.1 前端调理系统的结构框图
• 3.2 前置放大电路的设计与实现
• 3.2.1 放大电路级数和运放的选择
• 3.2.2 放大电路的结构
• 3.3 极性鉴别电路的设计与实现
• 3.3.1 极性鉴别基本原理
• 3.3.2 极性鉴别在系统中的实现
• 3.3.3 极性鉴别电路的设计
• 3.4 带通滤波电路的设计与实现
• 3.4.1 滤波器带宽的选择
• 3.4.2 滤波器类型的选择
• 3.4.3 带通滤波器电路实现
• 3.5 本章小节
• 第四章 高速数据采集系统的设计与实现
• 4.1 高速数据采集系统的组成与功能
• 4.1.1 高速数据采集系统的组成
• 4.1.2 高速数据采集系统的功能
• 4.2 高速数据采集电路的设计与实现
• 4.2.1 微处理器的选择和简介
• 4.2.2 高速采集方案的选择
• 4.3 程控放大电路的设计
• 4.3.1 程控放大电路的组成
• 4.3.2 程控放大器的控制
• 4.4 A/D转换器的选择和电路接口的设计
• 4.4.1 A/D转换器的选择
• 4.4.2 A/D转换器接口电路的设计
• 4.5 相位同步电路的设计与实现
• 4.5.1 相位同步电路的设计思路与元件选择
• 4.5.2 相位同步电路的设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 采集系统软件的设计
• 5.1 软件开发环境简介
• 5.2 下位机软件的设计
• 5.3 上位机软件的设计
• 5.4 本章小节
• 第六章 实验结果分析
• 6.1 局部放电采集系统实验结果
• 6.2 上位机局部放电仿真结果
• 第七章 结论
• 参考文献
• 附录A 前端调理系统电路原理图
• 附录B 高速数据采集系统的模拟部分电路图
• 附录C 高速数据采集系统的数字部分电路图
• 附录D 局部放电采集系统硬件实物图
• 在学研究成果
• 致谢