高压容性设备绝缘在线监测系统研究与开发

论文摘要

近年来，随着国内电力系统的发展，大区电网的逐步互联，系统规模将进一步扩大，这对变电站高压电气设备在线监测技术提出了更高的要求。本文以容性设备绝缘在线监测为目的，重点研究了分布式在线监测系统设计及介质损耗值算法改进。根据容性设备绝缘在线监测的要求，以“介质损耗因数计算算法一在线监测系统设计一系统工程化可靠性设计”为研究对象，对容性设备绝缘在线监测系统进行深入研究，在介质损耗因数算法原理、监测系统架构分析、系统各个模块功能分析、监测系统硬件设计、软件设计以及系统可靠性设计等方面做了大量工作，成功地开发了一套基于全相位分析的介质损耗因数计算算法和三层分布式体系结构为核心的容性设备绝缘在线监测系统。首先，分析了已有介质损耗因数计算算法的优缺点，并提出基于全相位分析的介质损耗因数计算算法。然后采用该算法做仿真计算，并与传统的谐波分析法进行对比，最后得出该算法计算更精确的结论。其次，在硬件设计上采用多处理器、多层的分布式系统方案，根据系统的分工，将整个系统分为前端数据采集装置，主控装置和工控机三层，并对这几层的硬件设计作了详细的阐述，同时给出了各个模块的硬件结构框图和部分电路的原理图;在软件设计上则介绍了整个系统的软件结构规划和各个模块功能的划分，重点讨论了系统内部通信协议的制定，说明各个模块软件的功能及实现方法.设计了零磁通电流互感器。最后，分析了系统工作环境中干扰产生的原因，并针对这些干扰，从硬件和软件两个方面，详细说明了系统的可靠性设计。系统试运行的实验结果表明，套基于全相位分析的介质损耗因数算法和三层分布式体系结构的在线监测系统，能够满足容性设备绝缘在线监测的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景和研究意义
• 1.1.1 研究的背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 容性设备在线监测的发展历程
• 1.3 国内状态检修的发展现状
• 1.4 本课题的主要研究内容及创新点
• 第2章 高压容性设备在线监测的方法研究
• 2.1 高压容性设备绝缘监测系统监测的主要物理量
• 2.2 介质损耗及电容值的监测方法
• 2.2.1 模拟分析测量法
• 2.2.2 数字分析测量法
• 2.3 影响介质损耗因数在线监测结果的主要因素
• 2.3.1 相间干扰
• 2.3.2 系统谐波
• 2.3.3 电网频率波动
• 2.3.4 电流互感器的角差
• 2.3.5 高压电压互感器的误差
• 2.3.6 设备所处环境中电磁场的干扰
• 2.4 容性设备绝缘在线监测系统的算法研究
• 2.4.1 电网频率的测量算法的设计
• 2.4.2 基于全相位傅里叶变换的正弦信号相位值算法的设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 高压容性设备在线监测的结构及通信方案设计
• 3.1 容性设备绝缘在线监测系统的结构设计
• 3.1.1 监测系统各层的定义和工作原理
• 3.1.2 监测系统的工作原理
• 3.2 过程层与间隔层通信设计
• 3.2.1 过程层与间隔层通信特点
• 3.2.2 间隔层与过程层之间的通信方案选择
• 3.2.3 无线通信方案的选择
• 3.2.4 射频收发芯片 NRF24L01 简介
• 3.2.5 2.4G 无线网络的组成和控制
• 3.2.6 nRF24L01 的频段和通信地址分配
• 3.2.7 无线传感网络通信协议设计
• 3.2.8 通信差错处理机制
• 3.3 间隔层与站控层通信设计
• 3.3.1 RS-485 总线简介
• 3.3.2 基于 RS-485 总线的 Modbus 通讯协议
• 3.4 高压容性设备监测系统对时通信的设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 零磁通电流互感器和电压互感器的研制
• 4.1 电流传感器的选择
• 4.2 穿心式电流传感器基本原理和误差分析
• 4.3 穿心式电流互感器的误差因素
• 4.3.1 二次侧匝数对互感器性能影响
• 4.3.2 二次侧负载对互感器性能
• 4.3.3 铁芯特性对传感器精度的影响
• 4.4 零磁通电流互感器简介
• 4.4.1 霍尔式零磁通电流互感器
• 4.4.2 电流补偿型电流传感器
• 4.4.3 双极型零磁通电流互感器
• 4.5 改进型双极型零磁通互感器的设计
• 4.5.1 双极型零磁通互感器的电容补偿
• 4.5.2 补偿电路的设计
• 4.5.3 补偿电路的设计
• 4.5.4 零磁通电流互感器输出电流测量电路
• 4.5.5 铁心材料选择
• 4.5.6 改进双极型零磁通电流互感器的测试
• 4.6 零磁通电压互感器的设计
• 4.6.1 电压互感器的误差分析
• 4.6.2 零磁通电压互感器的设计
• 4.6.3 磁通电压互感器的误差测试
• 4.7 本章小结
• 第5章 高压容性设备绝缘在线监测系统硬件电路设计
• 5.1 过程层检测单元电路的基本构成
• 5.2 低通滤波器的选型和应用
• 5.2.1 滤波器的选择
• 5.2.2 MAX292 和 MAX291 简介
• 5.3 有效值测量电路设计
• 5.3.1 有效值测量的方法
• 5.3.2 有效值/直流转换芯片 AD736 简介和应用
• 5.4 采样电路的设计
• 5.4.1 A/D 转换芯片的性能要求
• 5.4.2 AD7606 的应用
• 5.5 温湿度传感器的选型
• 5.5.1 单片型智能传感器 SHT75 简介
• 5.5.2 SHT75 的温度和相对湿度补偿
• 5.6 微控制器的选择
• 5.7 地址设置电路
• 5.8 SD 卡存储电路的设计
• 5.9 射频通信电路的设计
• 5.10 间隔层控制单元硬件设计
• 5.10.1 RS-485 总线控制器的选择和应用
• 5.11 本章小结
• 第6章 容性设备绝缘在线监测系统的软件设计
• 6.1 过程层检测单元软件设计
• 6.1.1 主程序设计
• 6.1.2 数据采集模块程序设计
• 6.1.3 数据处理子程序
• 6.1.4 通讯模块软件设计
• 6.2 间隔层控制单元软件设计
• 6.2.1 命令发送子函数设计
• 6.2.2 数据接收处理子函数
• 6.2.3 B 码对时子函数
• 6.3 站控层调试软件设计
• 6.3.1 站控层调试软件简介
• 6.4 本章小结
• 第7章 实验结果及分析
• 7.1 建立模拟容性设备调试平台
• 7.2 实验数据波形和结果
• 7.3 无线射频通信试验
• 7.4 本章小结
• 总结与展望
• 一、本文的主要工作和结论
• 二、目前存在问题和对未来工作的展望
• 参考文献
• 致谢