XLPE电缆绝缘故障在线测量方法的研究

论文摘要

随着XLPE电缆在电网供电中的广泛使用,电缆的使用数量、长度有了很大的发展,随之故障也增多了。为了能提前预测XLPE电缆绝缘发展方向,电缆绝缘故障在线测量应运而生,并且得到了很好的发展。本文首先介绍了几种针对XLPE电缆绝缘故障在线测量的方法(如直流分量法、直流叠加法、交流叠加法、介质损耗法、谐波分量法、接地线电流法等)。其次通过对以上各种在线测量方法的研究、理论分析,提出了以直流分量法为主,接地线流法为辅的设计方案。最后,设计了以单片机为核心的硬件系统,主要包括前置放大器、中间放大器、有源带阻滤波器、有源低通滤波器、A/D转换器,以及外围电路(显示、报警、键盘)等等,并分别设计了对应的模块化程序,显示模块、报警模块、数据分析诊断模块等等。由于此在线测量系统主要采集的是XLPE电缆绝缘层中的nA级电流信号,因此需要很高的采集精度。所以拟采用三级放大器,第一级放大器最为重要采用差分放大器,工作在放大模式下;第二级采用同相电压放大,并兼有一定的滤波作用;第三级放大器,起一定的调节作用。由于噪声信号一般较集中在放大器的第一级,为了保证前置放大器工作在线性区域,第一级放大器选择要适当,在这里我选择仪表放大器AD620,通过调节R x电阻,将放大倍数选择为7倍。考虑到工频干扰是XLPE电缆绝缘故障在线测量的主要干扰,虽然前置放大电路对共模干扰具有较强的抑制作用,但仍有部分工频干扰是以差模信号方式进入测量系统的,因此必须将其滤除。在这里我采用了有源带阻滤波器及有源低通滤波器等。本文所设计的XLPE电缆绝缘故障在线测量系统,遵循模块化、层次化,具有良好的可扩展性和小电流检测的参考作用。并预留了XLPE电缆绝缘故障在线定点系统的扩展口,为后续开发提供了便利条件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电缆的发展概况、历史与趋势
• 1.3 电缆在线测量系统的研制发展
• 1.4 电缆在线测量系统存在的问题
• 1.5 本课题的意义及目的
• 1.6 本课题的主要内容
• 第二章 电缆故障原因及在线测量方法
• 2.1 电缆产生故障的原因
• 2.2 电缆绝缘在线测量方法的研究
• 2.2.1 直流成分法
• 2.2.2 直流叠加法
• 2.2.3 交流叠加法
• 2.2.4 介质损耗（tanδ）法
• 2.2.5 谐波分量法
• 2.2.6 接地线流法
• 2.3 本章小结
• 第三章 XLPE 电缆在线测量系统的硬件设计
• 3.1 XLPE 电缆在线测量方法的确定
• 3.2 XLPE 电缆在线测量硬件系统设计
• 3.2.1 前置放大器的设计
• 3.2.2 电流互感器的选取
• 3.2.3 中间放大器的设计
• 3.2.4 I/V 转换器的设计
• 3.3 干扰信号类型及有源滤波器的设计
• 3.3.1 干扰信号的产生及类型
• 3.3.2 有源低通滤波器的设计
• 3.3.3 有源带阻滤波器的设计
• 3.4 高速A/D 转换器的设计
• 3.5 单片机控制系统
• 3.5.1 器件选型及其特点
• 3.5.2 单片机控制系统设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 XLPE 电缆在线测量系统的软件设计
• 4.1 51 单片机集成开发环境KEIL C51 简介
• 4.2 电缆在线测量系统的软件总体设计方案
• 4.2.1 初始化软件设计
• 4.2.2 TLC2543 软件设计
• 4.2.3 键盘软件设计
• 4.3 数字滤波算法
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录A 放大器参数及部分程序
• 附录B 系统调试
• 在学研究成果
• 致谢